機(jī)械學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)控液壓鉆動力頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題 目 數(shù)控液壓鉆動力頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　所在學(xué)院

2、 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 10機(jī)電6 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　日 期 2014 年 5 月 25 日 </p><p><b>　　摘 要4</b></p&

3、gt;<p>　　ABSTRACT5</p><p><b>　　一 前 言6</b></p><p>　　1.1 數(shù)控液壓鉆動力頭概況6</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析比較6</p><p><b>　　1.3 小結(jié)7</b></p>&l

4、t;p>　　二 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同方案的比較8</p><p>　　2.1 液壓鉆動力頭系統(tǒng)運(yùn)動方案的具體要求8</p><p>　　2.2總體方案的確定8</p><p>　　2.2.1方案的選擇8</p><p>　　2.2.2最終方案的確定12</p><p>　　三 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算13

5、</p><p>　　3.1 電機(jī)的選型13</p><p>　　3.1.1 選擇電機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.1.2 確定電機(jī)的容量14</p><p>　　3.1.3確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速15</p><p>　　3.2聯(lián)軸器的選型15</p><p>　　3.2.1

6、聯(lián)軸器的分類和特點(diǎn)15</p><p>　　3.2.2聯(lián)軸器的選擇計(jì)算15</p><p>　　3.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p>　　3.3.1齒輪材料的選擇16</p><p>　　3.3.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度初步確定齒輪參數(shù)16</p><p>　　3.3.3 確定傳動尺寸17</p

7、><p>　　3.4 鍵的選用17</p><p>　　3.4.1鍵的類型17</p><p>　　3.4.2鍵的選擇17</p><p>　　3.5花鍵的選用17</p><p>　　3.5.1花鍵的類型18</p><p>　　3.5.2矩形花鍵18</p><p

8、>　　3.5.3 花鍵的擠壓強(qiáng)度校核18</p><p>　　3.6主軸的選擇計(jì)算19</p><p>　　3.6.1主軸的材料19</p><p>　　3.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19</p><p>　　（1）軸的直徑設(shè)計(jì)20</p><p>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20</p><

9、;p>　?。?）徑向尺寸和軸向尺寸的確定20</p><p>　　3.6.3 軸強(qiáng)度的校核21</p><p>　　四 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1液壓系統(tǒng)的組成22</p><p>　　4.2 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)22</p><p>　　4.3 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)22&l

10、t;/p><p>　　4.3.1 液壓控制系統(tǒng)動力源的選擇23</p><p>　　4.3.2 液壓執(zhí)行元件的選擇23</p><p>　　4.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖的繪制23</p><p>　　五 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)分析25</p><p&

11、gt;　　5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　六 液壓元件的選擇計(jì)算27</p><p>　　6.1 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)27</p><p>　　6.1.1 初選系統(tǒng)的工作壓力27</p><p>　　6.2 液壓缸主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算27</p><p>　　6.2.1 液壓缸主要尺寸的計(jì)算

12、27</p><p>　　6.2.2 液壓缸的選型28</p><p>　　6.2.3 液壓缸流量的計(jì)算30</p><p><b>　　6.3液壓泵30</b></p><p>　　6.3.1液壓泵的分類和用途30</p><p>　　6.3.2液壓泵的選擇30</p>

13、<p><b>　　七 結(jié)論31</b></p><p><b>　　八 致謝32</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)33</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控液壓鉆動力頭是一種將動力頭的主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動結(jié)合在一

14、起，并采用液壓驅(qū)動和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)備。本裝置具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊剛性良好等。由于設(shè)計(jì)動力頭采用了液壓驅(qū)動的進(jìn)給運(yùn)動，所以在工作的時候有工作穩(wěn)定，較少輔助時間，效率高和能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速等不同優(yōu)勢。</p><p>　　本論文特別采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，將液壓鉆動力頭的整體設(shè)計(jì)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同方案的比較、主傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型等四個不同部分來展開分析比較。機(jī)械結(jié)

15、構(gòu)系統(tǒng)主要是對兩個典型方案的對比，分析不同系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而選擇最適合本設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。主傳動結(jié)構(gòu)主要是對主軸的選擇、主軸的運(yùn)動方式和與主軸相連的主要結(jié)構(gòu)的選擇與計(jì)算。對液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)與PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與上面的有所不同，主要體現(xiàn)在對主要液壓元件—液壓缸、液壓泵等設(shè)計(jì)與選型。</p><p>　　綜合通過以上各個模塊的設(shè)計(jì)，是液壓鉆動力頭能實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)—工

16、進(jìn)—暫停—快退—停止”的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)計(jì)算；液壓；動力頭；主軸</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　CNC hydraulic drill head is a head of the main motion and feed movement unifies in together

17、, and adopts hydraulic drive and equipment of numerical control system. This device has small volume, light weight, compact structure rigidity is good, and so on. Due to design power head adopts hydraulic drive feed move

18、ment, so at work have a stable work, less auxiliary time, high efficiency and can realize the infinite speed advantage.</p><p>　　This paper adopted the modular design idea in particular, the overall design o

19、f hydraulic drilling power head can be divided into different scheme of mechanical structure system comparison, the design calculation of the main transmission mechanism, the design calculation of hydraulic control syste

20、m, hydraulic feeding system for the design and type selection of four different parts to analysis and comparison. Mechanical structure of the system is mainly for two typical schemes comparison, analysi</p><p&

21、gt;　　The design of the integrated through the above modules, is hydraulic drilling power head can realize "fast forward - - suspended - fast rewind in work - stop" function.</p><p>　　Key words: des

22、ign and calculation; Hydraulic pressure; Power head; The spindle</p><p><b>　　一 前 言</b></p><p>　　1.1 數(shù)控液壓鉆動力頭概況</p><p>　　隨著裝備制造業(yè)在我國的持續(xù)發(fā)展，特別是在國家重大裝備開發(fā)和技術(shù)改造，技術(shù)轉(zhuǎn)讓的大環(huán)境下，我們的整體

23、制造技術(shù)水平和綜合制造能力得到了新的提高。高精端產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，并作為支持制造鉆銑床等基本加工的發(fā)展，已然成為制約產(chǎn)品的性能的關(guān)鍵因素。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們也越來越重視一些功率重量比大，頻率響應(yīng)高，體型小而壓力較大的液壓技術(shù)。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時，實(shí)現(xiàn)機(jī)床和工具形式的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為提高產(chǎn)品的綜合性能的關(guān)鍵步驟。作為一款全液壓動力頭鉆機(jī)，歐美市場已經(jīng)早在1990年初被使用過，并已經(jīng)占有歐洲和美國主流市場。即使在機(jī)械制造相關(guān)

24、行業(yè)我國已然取得了不錯的進(jìn)步，但是我們也應(yīng)該清楚的知道，在同西方發(fā)達(dá)國家相比，我們同他們還是有一定的差距。目前，鉆機(jī)的發(fā)展方向，作為一個傳統(tǒng)的機(jī)械垂直軸型液壓鑿巖機(jī)，無論從力學(xué)性能，適宜性，在價(jià)格方面具有一定的優(yōu)勢，在一定時間內(nèi)將有一定的市場。但隨著工程技術(shù)人員知識的加強(qiáng)，單位經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，液壓鉆動力頭將越來越受到用戶的關(guān)注，價(jià)格也可以接受。可以這么說，數(shù)控液壓動力頭鉆機(jī)一定是以后的主流發(fā)展方向。</p><p&

25、gt;　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析比較</p><p>　　蘇聯(lián)和美國是組合機(jī)床發(fā)展較早的國家，在30年前就已經(jīng)掌握了生產(chǎn)和使用液壓設(shè)備。在50年代末期，以蘇聯(lián)為代表的自動生產(chǎn)線上制造了一種機(jī)械動力頭，這種動力頭能夠使用電磁離合控制，并有兩次工作進(jìn)給，在很大程度上提高了動力頭的可靠性。而隨著時代的進(jìn)步，以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家慢慢率先使用了數(shù)控技術(shù)，并很好的應(yīng)用到機(jī)械制造這一領(lǐng)域，取得了舉世矚目的成績。從此

26、，數(shù)控技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用進(jìn)入了高速發(fā)展階段。可以這么說，數(shù)控液壓系統(tǒng)在機(jī)械行業(yè)所占據(jù)的比重，直徑反映一個國家機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)代化程度，由此可見一斑。當(dāng)今世界，西方發(fā)達(dá)國家在機(jī)電一體化、高精、高效、智能、高質(zhì)量的先進(jìn)機(jī)床這方面，競爭是十分激烈的。</p><p>　　隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速增長，國家宏觀政策對內(nèi)需的持續(xù)拉動，中國的機(jī)床市場明顯在升溫，特別是在液壓系統(tǒng)高度發(fā)展的時期，液壓的應(yīng)

27、用范圍日益擴(kuò)大，普遍應(yīng)用于各個行業(yè)。在中國加入WTO后，可以正式參與國際市場競爭，而現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急是如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力，加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。我們可以預(yù)知，誰能夠在21世紀(jì)掌握先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控液壓技術(shù)，誰就有足夠的發(fā)言權(quán)，這是永恒不變的事實(shí)。</p><p>　　液壓行業(yè)在中國的統(tǒng)一組織開始于1963年，為了滿足當(dāng)時的中、高壓液壓元件的需求，我國通過引進(jìn)國外技術(shù)建設(shè)液壓元件生產(chǎn)廠家，并通過測繪、仿制、共

28、同設(shè)計(jì)和開發(fā)了大量的液壓產(chǎn)品，從此液壓行業(yè)在中國進(jìn)入的高速發(fā)展時期。更讓人振奮的是，經(jīng)過幾代人不懈的努力，通過對國外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，我們能夠?yàn)樽约旱墓こ虣C(jī)械，工程設(shè)備進(jìn)行自行組裝，這為我國液壓行業(yè)來說是一個不小的進(jìn)步，至少在代替進(jìn)口貨中起到一定的作用。就目前來說與先進(jìn)國家，在整體水平仍存在一定的差距，尤其是在高、新、尖技術(shù)和設(shè)備相比，我國尚處于引入期，尚未能實(shí)現(xiàn)完全的消化和吸收。</p><p>　　至于引起

29、這類結(jié)果的原因，中國目前的液壓控制技術(shù)可以說是：</p><p>　?。?1 ）對液壓產(chǎn)品的一些技術(shù)指標(biāo)如動態(tài)性能不是很重視，執(zhí)行力不達(dá)標(biāo);</p><p>　?。?2 ）間隙傳感器的性能差和落后的加工條件</p><p>　　（ 3 ）加工設(shè)備老化</p><p>　?。?4 ）知識更新?lián)Q代緩慢和缺乏科學(xué)和技術(shù)人才。</p>

30、<p>　　目前，中國面臨的問題是如何在較短的時間里，能充分發(fā)揮現(xiàn)有的實(shí)力和技術(shù)，縮小與世界先進(jìn)技術(shù)之間的差距。我們知道，中國在改革開放實(shí)施以來，大量引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)和裝備，這在某種程度上是改善了國內(nèi)落后的技術(shù)現(xiàn)狀，也使我們的設(shè)計(jì)、制造和使用水平有了一定提高，但我覺得這只是短暫的，不是長遠(yuǎn)之計(jì)。我們應(yīng)該利用國外的先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)，開始自行設(shè)計(jì)及制造屬于中國自己的技術(shù)，這在很大程度上依賴國家的大力扶植這一大環(huán)境，但更重要的

31、是我們這些高新技術(shù)人員能抱著中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)，不怕苦，不怕累的精神，全身心的投入到工作中去，為祖國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)盡心盡力。</p><p>　　更難能可貴的是，有一大批個人和企業(yè)走在了時代的前列，充分發(fā)揮他們的聰明才智，正在迎頭趕上，相信不久的將來，我們國家的技術(shù)水平一定能屹立于世界先進(jìn)水平之林！</p><p><b>　　1.3 小結(jié)</b></p&

32、gt;<p>　　本論文所使用的軟件有CAD2003和proe4.0野火版等軟件。通過這些仿真軟件的配合使用，結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)思路，將液壓鉆動力頭的整體設(shè)計(jì)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同方案的比較、主傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型等四個不同部分來展開分析比較，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。</p><p>　　二 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同方案的比較</p><p>　　

33、2.1 液壓鉆動力頭系統(tǒng)運(yùn)動方案的具體要求</p><p>　　由于設(shè)計(jì)的多樣性，滿足機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的某一個功能要求可能有不只一個，所以，出于對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的設(shè)計(jì)，在滿足基本的功能要求前提下，還應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原理：</p><p>　?、?機(jī)械系統(tǒng)盡可能簡單易行</p><p>　　如何才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的簡短，要從機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈這一點(diǎn)來看，在確保既定功能的要求下，盡可

34、能的選用那些運(yùn)動副較少的機(jī)構(gòu)，這樣的話，不僅有效的降低了制造成本，簡化了機(jī)構(gòu)，還可以減少因零件的制造誤差帶來的累計(jì)誤差。</p><p>　　選擇運(yùn)動副：高副機(jī)構(gòu)可減少構(gòu)建數(shù)的運(yùn)動副數(shù)目，且設(shè)計(jì)簡單。但低副運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副加工簡單，且容易保證配合精度以及有較高的承載能力。在正常情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮低級的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，并盡量避免移動副的使用。</p><p>　　選擇原動機(jī)：機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動與原動機(jī)

35、的形式關(guān)系密切。應(yīng)結(jié)合具體情況合理選擇。</p><p>　?、跈C(jī)構(gòu)應(yīng)具有比較不錯的動力特性</p><p>　　機(jī)構(gòu)在機(jī)械系統(tǒng)中不僅要傳遞動力，同時還要傳動動力，因此要選擇不錯的動力特性的機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　?、郾M量減小裝配尺寸</b></p><p>　　有大小和不同類型的機(jī)構(gòu)類型在重量上差別也較大。本

36、設(shè)計(jì)選擇三相異步電動機(jī)來提供主運(yùn)動動力，從而使動力頭的尺寸有所減小，其制造成本也相應(yīng)的降低。</p><p>　?、軝C(jī)械系統(tǒng)要充分考慮人機(jī)性能</p><p>　　我們知道，任何機(jī)械系統(tǒng)都是由人類設(shè)計(jì)，并被用于服務(wù)人類，而且大多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)都是要靠人來操作和使用的，因此在設(shè)計(jì)機(jī)械時，必須考慮人的特點(diǎn)，來達(dá)到人與機(jī)械的和諧統(tǒng)一。本設(shè)計(jì)采用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作的自控，這在很大程度上減輕了工人

37、的勞動強(qiáng)度。</p><p>　　2.2總體方案的確定</p><p>　　2.2.1方案的選擇</p><p>　　對于整個方案的設(shè)計(jì)，我綜合了不同的方案設(shè)計(jì)思想，最后采用了最合適的設(shè)計(jì)思想，即模塊化的設(shè)計(jì)方法。通過化整為零的思想，將動力頭的結(jié)構(gòu)細(xì)分為控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)三個主體部分。</p><p><b>　　主運(yùn)動方

38、案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通常液壓鉆動力頭的動力源為電動機(jī)，他將電能轉(zhuǎn)換成動力頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其主運(yùn)動。傳統(tǒng)的普通鉆床一般使用電動機(jī)作為動力源的主要運(yùn)動，然后通過電機(jī)的運(yùn)動和動力主軸通過齒輪傳動，傳動功率。這里我們來比較下下列兩個方案:</p><p>　　方案① 主運(yùn)動采用電動機(jī)作為動力源，后經(jīng)齒輪吧運(yùn)動和動力傳遞給主軸，如下圖2-1所示</p><

39、;p><b>　　圖 2-1 方案①</b></p><p>　　其工作原理是，電機(jī)將耦合傳輸?shù)揭粚X輪，齒輪軸通過嚙合傳動功率，完成主軸的旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動。該傳動的特點(diǎn)是傳動平穩(wěn)，工作可靠性高，且經(jīng)久耐用，這也造就了他的速度和須用尺寸范圍較廣。</p><p>　　方案② 還是采用電動機(jī)作為動力源，但這里注意不是用齒輪把運(yùn)動和動力傳遞給主軸，而是采用變頻器作為電動機(jī)

40、的電源，進(jìn)一步通過變頻器調(diào)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)主軸的運(yùn)動，接下來經(jīng)過帶輪把變頻電機(jī)的運(yùn)動與動力傳遞給主軸，實(shí)現(xiàn)主軸的主運(yùn)動。如下圖2-2所示</p><p><b>　　圖 2-2 方案②</b></p><p>　　該機(jī)構(gòu)采用了帶傳動，使得傳動更加平穩(wěn)，主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但正是這樣才使得他的傳動比不是很準(zhǔn)確，壽命也沒有齒輪傳動高，更重要的一點(diǎn)不足時軸向力大，傳遞效

41、率也低。</p><p><b>　　進(jìn)給運(yùn)動方案的選擇</b></p><p>　　液壓鉆動力頭的進(jìn)給方式是本方案的核心。有關(guān)資料表明，傳統(tǒng)的液壓動力頭有內(nèi)部和外部兩種分布方式。</p><p>　　內(nèi)置 從表明上看，就是將液壓缸放置在內(nèi)部，這樣的話，可以與主軸的套筒融為一體的同時為動力頭提供進(jìn)給運(yùn)動。這種結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)是動力頭體積較小，鉆削平

42、穩(wěn)，且精度有保證，但是缺點(diǎn)是工作行程比外置式的小。一般多用于普通機(jī)加工。如圖2-3所示</p><p><b>　　圖 2-3 內(nèi)置式</b></p><p>　　外置 也就是說將液壓缸安裝在外面，在給動力頭提供工作進(jìn)給的時候，通過機(jī)械滑動配合來實(shí)現(xiàn)移動副的進(jìn)給運(yùn)動。它的優(yōu)點(diǎn)是工作行程大，可用于鉆井，鉆深孔，石油采礦等。但是缺點(diǎn)也很明顯，那就是動力頭的體積較大，機(jī)構(gòu)

43、相對較復(fù)雜，制造起來相對困難。如圖2-4所示。</p><p><b>　　圖 2-4 外置式</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)，我結(jié)合了內(nèi)外置液壓缸兩種傳統(tǒng)鉆削動力頭的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出來第三種方案。</p><p>　　內(nèi)外結(jié)合式 即液壓缸置于主軸外部，當(dāng)活塞桿固定時，液壓缸的移動帶動滑板的移動，動力頭固定在滑板上，當(dāng)進(jìn)給油箱帶動滑板在導(dǎo)

44、軌上移動時，動力頭通過通過套筒與滑板的焊接傳遞動力，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)給。其主要優(yōu)點(diǎn)是剛性較大、導(dǎo)向性好且間隙可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。</p><p>　　經(jīng)過對比分析，可以確定第三種方案最為合理，因?yàn)樗饶軠p小鉆削動力頭的體積，又能提高工作行程。所以本論文選用第三種液壓缸內(nèi)外結(jié)合的組合方式，為液壓鉆動力頭的主軸進(jìn)給提供動力。如圖2-5所示。</p><p>　　圖 2-5 內(nèi)外結(jié)合式</p>

45、<p><b>　　控制系統(tǒng)的方案選型</b></p><p>　　本論文采用PLC控制系統(tǒng)。這是基于PLC控制系統(tǒng)以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、賹?shí)時性 可以滿足各個領(lǐng)域在大、中、小型的控制項(xiàng)目。</p><p>　?、诟呖煽啃?各模塊均采用屏蔽措施，且元器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選。出色的自我診斷功能，一旦出現(xiàn)特殊狀況時，C

46、PU能立即行動起來，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　?、巯到y(tǒng)配置簡單靈活 這主要是因?yàn)榭刂破鞣N類的多樣性。I/O也同樣是豐富多彩，功能的不同，其進(jìn)行的配置也不太一樣。</p><p>　　④控制系統(tǒng)采用了模塊化機(jī)構(gòu) 現(xiàn)在的話，大部分控制器都采用了模塊化的設(shè)計(jì)，這是一種適應(yīng)如今日新月異的工業(yè)控制的需要。</p><p>　?、輧r(jià)格優(yōu)勢 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比

47、高。</p><p>　　⑥安裝容易，維修方便 可以運(yùn)行于不同的工業(yè)環(huán)境。在即將投入使用時，只需將設(shè)備與PLC對應(yīng)的端口連接即可。為了使用戶實(shí)時了解運(yùn)行情況和故障排查，我們均安裝了故障指示裝置。 </p><p>　　2.2.2最終方案的確定</p><p>　　根據(jù)對以上幾個方案的分析，基本確定數(shù)控液壓鉆動力頭的設(shè)計(jì)方案為：如圖2-6所示。</p>

48、<p>　　圖 2-6 總體方案</p><p>　　三相異步電動機(jī)為主運(yùn)動提供動力，變頻器調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速；運(yùn)動和動力同聯(lián)軸器傳遞給一對齒輪，齒輪再將電機(jī)輸出的這些準(zhǔn)確無誤的傳導(dǎo)給主軸；進(jìn)給運(yùn)動為當(dāng)進(jìn)給油箱帶動滑板在導(dǎo)軌上移動時，動力頭通過通過套筒與滑板的焊接傳遞動力，實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)給。由PLC控制的數(shù)控系統(tǒng)，其工作原理為：快進(jìn)—工進(jìn)（限位計(jì)碰到工件時，感應(yīng)器發(fā)出信號給PLC控制液壓回路）—快退（暫停一

49、定時間后，延時開關(guān)閉合，主軸快退）—停止（退到起始位置，碰到位置擋塊，使主軸停止進(jìn)給）。</p><p>　　三 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p><b>　　設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　　1．最大進(jìn)給行程250mm;</p><p>　　2. 進(jìn)給位置精度0.15mm;</p><

50、;p>　　4. 空進(jìn)給速度8.5m/min;</p><p>　　5．鉆頭轉(zhuǎn)速 150—2800r/m</p><p>　　傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括了電機(jī)的選型，傳動比的計(jì)算，及運(yùn)動和驅(qū)動裝置的動態(tài)參數(shù)，這些都是為設(shè)計(jì)傳輸設(shè)備做的準(zhǔn)備工作。本設(shè)計(jì)以3040鉆機(jī)為原型，加以液壓控制。單個傳動比齒輪替換使用異步電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，因此要進(jìn)行主軸的計(jì)算校核，電動機(jī)的選擇，以及主要部分的設(shè)計(jì)與校核。

51、</p><p>　　確定傳動方案是在設(shè)計(jì)傳動裝置時要首先考慮的，主要是以運(yùn)動簡圖的形式表達(dá)。用一些簡單的機(jī)構(gòu)、構(gòu)件和運(yùn)動副的代表符號來表示某些運(yùn)動的特性的圖形，我們叫做運(yùn)動簡圖，這是我們在設(shè)計(jì)和計(jì)算電動機(jī)、傳動裝置和工作機(jī)構(gòu)之間的力和運(yùn)動傳遞關(guān)系的理論依據(jù)。傳動方案的好壞，關(guān)系到設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，因此，在擬定傳動方案時應(yīng)從多方面考慮。首先要充分了解設(shè)計(jì)任務(wù)，并根據(jù)各類傳動的特點(diǎn)，考慮制造、應(yīng)力、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、使用和維修

52、方便等各種方面，選擇合理的方案和適當(dāng)?shù)呐渲茫谀軌驅(qū)崿F(xiàn)工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸合理、加工方便、成本可控、傳動效率高和使用維護(hù)方便的前提下，能夠很好的實(shí)現(xiàn)既定功能。</p><p>　　3.1 電機(jī)的選型</p><p>　　電動機(jī)是系列化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。一般我們在設(shè)計(jì)時，要綜合多方面的內(nèi)容來考量，有工作載荷（它的大小、變化規(guī)律和具體特性等），有工作要求（轉(zhuǎn)速、許用誤差、啟動和反轉(zhuǎn)頻繁程度等的

53、要求），有對工作環(huán)境（例如油溫，液體，氣體等），還有安裝要求及對尺寸的要求等等，最終去確定具體的型號。</p><p>　　3.1.1 選擇電機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)</p><p>　　電流種類還有工作條件以及載荷特點(diǎn)這三個方面是我們選擇電動機(jī)類型的關(guān)鍵依據(jù)。而我的設(shè)計(jì)時采用了三相鼠籠異步電動機(jī)，這是出于對Y系統(tǒng)電機(jī)高效、節(jié)能和它的啟動制動平穩(wěn)，噪音可控，及其不錯的可靠性等優(yōu)點(diǎn)的考慮。</

54、p><p>　　3.1.2 確定電機(jī)的容量</p><p>　　我們知道，電機(jī)容量（也就是功率）是否選擇恰當(dāng)，不僅影響電機(jī)的給工作方式，也對經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，容量小的話肯定不能滿足工作要求，或者因?yàn)殡姍C(jī)長期處于過載保護(hù)狀態(tài)而影響它的壽命。反而當(dāng)容量過大時，又會產(chǎn)生諸如電機(jī)價(jià)格偏高，能力未得到充分利用，而且若經(jīng)常不在滿負(fù)載工作狀態(tài)下，效率和功率因素低，不經(jīng)濟(jì)。</p><p&

55、gt;　　若我們選擇的電動機(jī)功率Pe等于或略大于所需電動機(jī)功率Pd，這樣的話我們就不必作發(fā)熱計(jì)算。因此所需電動機(jī)功率為：</p><p>　　——工作機(jī)構(gòu)所需功率（KW）</p><p>　　——由電機(jī)至工作機(jī)構(gòu)的總效率。</p><p><b>　　——工作機(jī)構(gòu)的效率</b></p><p><b>　　=&

56、lt;/b></p><p>　　上式中分別為傳動裝置中每一個聯(lián)軸器、每對軸承和每一個傳動機(jī)構(gòu)的效率。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器=0.99</p><p>　　滾動軸承（稀油潤滑）=0.99</p><p>　　無極變變速器=0.93</p><p>　　滑動軸承（潤滑正常）=0.97</p>

57、<p><b>　　=</b></p><p><b>　　=2.7</b></p><p>　　3.1.3確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p>　　同類型的容量相同的電動機(jī)，有不同的轉(zhuǎn)速。在確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速時，應(yīng)考慮綜合因素，進(jìn)行分析比較，是整個設(shè)計(jì)既合理，又較經(jīng)濟(jì)。因此，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍可根據(jù)我們前面計(jì)算出來的工作

58、機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速和傳動機(jī)構(gòu)的傳動比范圍來確定，即</p><p>　　——電機(jī)的可選轉(zhuǎn)速數(shù)值范圍（r/min）</p><p>　　——傳動裝置總傳動比的合理范圍</p><p>　　——工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　在通常情況下，我們多選擇同步轉(zhuǎn)速為1500和1000r/min的電機(jī)，我們這里采用了齒輪嚙合的方式改變了轉(zhuǎn)速，為此

59、選擇電機(jī)的型號為Y100L2。它的參數(shù)為：滿載荷下的轉(zhuǎn)速達(dá)1430r/min，起動額定轉(zhuǎn)矩2.2N*m，最大額定轉(zhuǎn)矩也是2.2 N*m，同步轉(zhuǎn)速取1500r/min，它的額定功率為3KW。</p><p><b>　　3.2聯(lián)軸器的選型</b></p><p>　　聯(lián)軸器的基本功能是實(shí)現(xiàn)軸與軸連接，軸與其他旋轉(zhuǎn)件一起旋轉(zhuǎn)，并傳遞動力和運(yùn)動。</p>&l

60、t;p>　　3.2.1聯(lián)軸器的分類和特點(diǎn)</p><p>　　聯(lián)軸器一般用來連接電動機(jī)和主軸，屬于中間機(jī)構(gòu)。我們大致可以把聯(lián)軸器分為兩種，即剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需要及聯(lián)軸器特點(diǎn)，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。</p><p>　　3.2.2聯(lián)軸器的選擇計(jì)算</p><p>　　我們一般在選擇聯(lián)軸器時，是綜合考慮負(fù)

61、載條件，如選定計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸的直徑和工作轉(zhuǎn)速等方面。</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　——理論轉(zhuǎn)矩， ；</b></p><p><b>　　——許用轉(zhuǎn)矩， ；</b></

62、p><p>　　——驅(qū)動功率，KW ；</p><p>　　——驅(qū)動功率，馬力 ；</p><p>　　——工作轉(zhuǎn)速，r/min ;</p><p>　　——工作情況系數(shù)（僅用于滾子聯(lián)軸器） </p><p>　　而對于齒輪聯(lián)軸器，還應(yīng)考慮改變補(bǔ)償量的旋轉(zhuǎn)速度和角度對傳遞扭矩的影響。即</p><p&g

63、t;<b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　式中——轉(zhuǎn)矩修正系數(shù)</p><p>　　根據(jù)電機(jī)及系統(tǒng)工作情況，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器</p><p>　　本設(shè)計(jì)選擇LX2彈性柱銷聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩560N*m、許用轉(zhuǎn)速6300r/min，軸孔直徑選擇30mm。</p><p>　　3.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算</p>

64、;<p>　　3.3.1齒輪材料的選擇</p><p>　　通過查閱相關(guān)資料，我們選擇打、小齒輪的材料均為40Cr，且鋼的表明進(jìn)行淬火處理，精度等級選擇8級</p><p>　　3.3.2 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度初步確定齒輪參數(shù)</p><p>　　已知電機(jī)的功率P1=3KW，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，我們?nèi)↓X輪的齒數(shù)比為u=5,電動機(jī)驅(qū)動，單

65、向運(yùn)轉(zhuǎn)，伴有中等載荷沖擊。</p><p><b>　　計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　　式中，Kt取1.6</b></p><p>　　T1==1.9110^4N*m</p><p><b>　　其中=0.7</b></p><p>　

66、　取z1=20個，則z2=u*z1=100</p><p>　　有上式算出來的mt=3.20</p><p>　　3.3.3 確定傳動尺寸</p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm，則兩個齒輪間的中心距為：</p><p>　　a=m(z1+z2)/2=240mm</p><p>　　分別計(jì)算各齒輪的分度圓直徑<

67、/p><p>　　D1=m*z1=80mm</p><p>　　D2=m*z2=400</p><p><b>　　計(jì)算各齒輪的齒寬</b></p><p>　　B=*d1=56mm</p><p><b>　　取b2=56mm</b></p><p>　

68、　則b1=b+(5~10)=62mm</p><p><b>　　3.4 鍵的選用</b></p><p>　　鍵連接是在軸的外圓上和零件的內(nèi)孔中分別開鍵槽，利用鍵作為連接過渡零件傳遞運(yùn)動和動力。</p><p><b>　　3.4.1鍵的類型</b></p><p>　　鍵可分為平鍵、半圓鍵和楔鍵

69、。而我們把平鍵又細(xì)分為普通平鍵、滑鍵和導(dǎo)向平鍵，而把鍥鍵又分為普通鍥鍵、切向鍵和鉤頭鍥鍵。</p><p><b>　　3.4.2鍵的選擇</b></p><p>　　我們在選擇鍵的類型時，可以根據(jù)其使用要求、聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作環(huán)境來選取。鍵的長度我們可以從查標(biāo)準(zhǔn)來選擇，并按其傳遞的轉(zhuǎn)矩來對其進(jìn)行校驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)選用A型普通平鍵，根據(jù)主軸直徑選擇標(biāo)準(zhǔn)件（選自GB/T

70、1096—2003）。</p><p><b>　　3.5花鍵的選用</b></p><p>　　花鍵的連接是由軸和轂孔上的多個鍵齒和鍵槽來實(shí)現(xiàn)，其工作面為齒側(cè)面，可用于靜態(tài)和動態(tài)連接。</p><p>　　3.5.1花鍵的類型</p><p>　　花鍵分為矩形花鍵和漸開線花鍵。</p><p>

71、<b>　　3.5.2矩形花鍵</b></p><p>　　這里我們先來看看矩形花鍵的特點(diǎn)，可以查資料得起定心不僅穩(wěn)定度可靠，而且精度較高，且最值得稱道的是能用磨削的方法來抵消熱處理變形。本次設(shè)計(jì)根據(jù)需要選擇矩形花鍵（GB/T 1144.1—2001），規(guī)格（），鍵數(shù)8，大徑36，鍵寬6，如下圖3-1。</p><p><b>　　圖3-1 矩形花鍵<

72、/b></p><p>　　3.5.3 花鍵的擠壓強(qiáng)度校核</p><p><b>　　式中T——轉(zhuǎn)矩，;</b></p><p>　　——各齒載荷不均勻系數(shù)，一般取=0.7-0.8；</p><p><b>　　Z——齒數(shù)；</b></p><p>　　L——齒的工作

73、（配合）長度，mm;</p><p>　　——平均直徑，mm，矩形花鍵=，漸開線花鍵=d;</p><p>　　h——齒的工作高度，單位mm,矩形花鍵（C為倒角尺寸）漸開線花鍵h=m（其中m為模數(shù)）；</p><p>　　——許用比壓，MPa 。</p><p>　　3.6主軸的選擇計(jì)算</p><p>　　3.6.1

74、主軸的材料</p><p>　　軸的材料應(yīng)該有一定的剛度、強(qiáng)度和耐磨性，這是為了對抗軸的實(shí)效；我們還要考慮工藝性和對經(jīng)濟(jì)的要求。碳素鋼和合金鋼的綜合性能良好，常常作為軸的材料。而我們常提到的碳素鋼，它的優(yōu)點(diǎn)是相對合金鋼價(jià)格低廉，且對應(yīng)力集中這點(diǎn)上有更小的敏感度，因此應(yīng)用范圍也較廣。常用的材料有35、45、50鋼等優(yōu)質(zhì)中碳鋼，其中以45號鋼最為常用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)因主軸不僅有

75、軸向進(jìn)給運(yùn)動，還有徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，中間用花鍵連接實(shí)線主軸的軸向進(jìn)給主運(yùn)動，因此選用40Cr，其力學(xué)性能如下：</p><p>　　40Cr，熱處理調(diào)質(zhì)，毛坯直徑∮≤100，硬度241—286HB，N/mm2，N/mm2, N/mm2, N/mm2, 許用彎曲應(yīng)力，，,用于載荷較大，而無很大沖擊的軸</p><p>　　根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的最小直徑，只考慮軸向承載轉(zhuǎn)矩計(jì)算，并考慮與應(yīng)力的方

76、法減小力矩的影響。</p><p><b>　　軸的設(shè)計(jì)公式：</b></p><p>　　其中， P-軸傳遞的功率（kw）</p><p>　　C-由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)</p><p>　　n-軸的轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　計(jì)算出的最小直徑軸扭轉(zhuǎn)部分，如果有鍵槽的剖面，

77、應(yīng)適當(dāng)加大軸徑，當(dāng)有一個鍵槽時，增加%4-%5，如果同一截面開了兩個鍵槽時，增大7%-10%，最后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑即可。</p><p>　　3.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　軸上安裝的零件類型、尺寸和配置，甚至零件的固定方式都可以改變州的結(jié)構(gòu)和形狀，軸的加工裝配工藝及對軸的變形要求等有關(guān)。我們就是為了設(shè)計(jì)軸的合理形狀和符合要求的尺寸。影響軸的結(jié)構(gòu)的因素有很多，但是不論何種情況

78、，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)以以下要求為準(zhǔn)：</p><p>　?、俦ＷC軸和軸類零件的軸向位置，以確定適當(dāng)?shù)闹芟蛭恢?，常用的軸向固定有軸肩，軸環(huán)，套筒和緊定螺釘，常用的周向固定有鍵、花鍵、銷、過盈聯(lián)接；</p><p>　　②軸應(yīng)易于加工，軸上零件應(yīng)易于拆裝；</p><p>　?、圯S的應(yīng)力必須合理，盡可能降低應(yīng)力的集中。</p><p><b>

79、;　　（1）軸的直徑設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)以Z3040為原型加以改造，實(shí)線液壓控制，因此其主軸徑取d=40mm</p><p><b>　?。?）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　實(shí)心軸.如圖3-2</b></p><p><b>　　圖3-

80、2 主軸</b></p><p>　?。?）徑向尺寸和軸向尺寸的確定</p><p><b>　　——鉆主軸處直徑</b></p><p>　　以Z3040為原型，取標(biāo)準(zhǔn)值=40mm。</p><p>　　采用雙滾動軸承傳遞軸向力，與主軸相配符合軸承內(nèi)徑系列。初選滾動軸承1204。，1204軸承寬度B=15m

81、m。</p><p>　　采用推力球軸承傳遞徑向力，與主軸相配符合軸承內(nèi)徑系列。初選推力球軸承51204。，51204軸承寬度T=14mm。</p><p>　　因主軸要做徑向旋轉(zhuǎn)又要做軸向進(jìn)給運(yùn)動，初步?jīng)Q定由長套筒帶動主軸做軸向進(jìn)給運(yùn)動，由此還需再加一個滾動軸承和一個推力球軸承，為了符合同一軸上兩軸承型號相同，選擇滾動軸承1204，推力球軸承51204。</p><p

82、>　　d2——考慮到裝配要求，鎖緊螺母處直徑，d2=35mm, </p><p>　　d3———— 配合軸徑，無特殊要求，直徑變化5-10mm，取d3 =30mm， L3=126mm，</p><p>　　d4——連接端蓋與機(jī)架處直徑，可取d4=25mm，L4 =40mm</p><p>　　同一軸上兩軸承型號相同，d7=B=40mm。取=120mm，<

83、;/p><p><b>　　確定鍵的截面尺寸</b></p><p>　　裝聯(lián)軸器處：C型鍵，由，得=28mm16mm</p><p>　　確定鍵長L=0.85b，且為標(biāo)準(zhǔn)值，</p><p>　　3.6.3 軸強(qiáng)度的校核</p><p>　　疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核M</p><p

84、>　　校核危險(xiǎn)截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S。軸的疲勞強(qiáng)度是根據(jù)長期作用在軸上的最大載荷來計(jì)算的。危險(xiǎn)截面受力較大，小部分嚴(yán)重的應(yīng)力集中實(shí)則是實(shí)際應(yīng)力較大的截面。安全系數(shù)校核公式為（轉(zhuǎn)動心軸）</p><p>　　——材料的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，單位N/mm2</p><p>　　——是標(biāo)準(zhǔn)零件的疲勞極限到普通零件的換算比例系數(shù)</p><p>　　——有效應(yīng)力集中系數(shù)

85、</p><p>　　——絕對尺寸影響系數(shù)</p><p><b>　　——表面狀態(tài)系數(shù)</b></p><p>　　M——計(jì)算軸在截面上所受的彎矩和扭矩，單位N/m</p><p>　　Z——計(jì)算軸在截面的抗彎和抗扭截面模數(shù) 單位 cm3 </p><p>　　——疲勞強(qiáng)度的許用安全系數(shù)<

86、/p><p><b>　　滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　四 液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓系統(tǒng)是此液壓鉆動力頭的動力來源，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、合理性是液壓鉆動力頭先進(jìn)性、運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性的標(biāo)志。</p><p>　　4.1液壓系統(tǒng)的組成</p><p>　　一個完整

87、的液壓系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：</p><p><b>　　（1）能源裝置 </b></p><p><b>　?。?）輔助裝置</b></p><p><b>　　（3）傳動介質(zhì)</b></p><p><b>　?。?）執(zhí)行裝置 </b><

88、/p><p><b>　?。?）控制調(diào)節(jié)裝置</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用自驅(qū)式液壓動力頭的進(jìn)給系統(tǒng)，它本身帶有油箱、液壓泵、能用自己的動力源實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。自驅(qū)式液壓動力頭的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，過去我國在組合機(jī)床中采用自驅(qū)式液壓動力頭，大多為整體控制板式定量泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是油溫易升高，使液壓系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性不好。采用變量泵系統(tǒng)可

89、以減少油溫的升高，功率利用合理。</p><p>　　4.2 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)</p><p>　　了解液壓系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和性能，對液壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、研究和使用都有不錯的幫助。我們在查有關(guān)資料時，液壓系統(tǒng)的分類方式有多種：</p><p>　?。?）當(dāng)按工作特征來劃分的話，可以分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種不同的結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?

90、）當(dāng)按用途來進(jìn)行劃分時，我們可以將它分為固定設(shè)備系統(tǒng)和移動設(shè)備系統(tǒng)兩種。</p><p>　?。?）當(dāng)按執(zhí)行器速度的控制調(diào)節(jié)方式來分的話，可以分為執(zhí)行器控制、泵體控制盒閥門控制三種。</p><p>　?。?）當(dāng)按油液循環(huán)方式來說的話，我們可以分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種。（5）當(dāng)按工作特性來說的話，可以分為傳動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。</p><p>　　4.3 液壓系統(tǒng)原

91、理圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　液壓鉆動力頭的工作流程如下：開啟系統(tǒng)→電磁閥工作→液壓泵工作→液壓閥動作→鉆頭主軸快速進(jìn)給→達(dá)到位置工作進(jìn)給→鉆→死擋停留→液壓閥換向→返回，如此循環(huán)反復(fù)運(yùn)動，直至關(guān)閉系統(tǒng)。</p><p>　　4.3.1 液壓控制系統(tǒng)動力源的選擇</p><p>　　我們這里選擇的液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)是有液壓動力源來提供的，其動力源的核心為液壓泵。為

92、了使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡量簡單，采用單個定量泵作為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單和開放式的液壓傳動系統(tǒng)。為了降低泵的不規(guī)則脈動對液壓閥的沖擊，我們在液壓回路中加裝一個特殊的裝置來吸收部分脈動——蓄能器，而且我們還在液壓回路中加裝了壓力控制閥來控制回路中的壓力，起到過載保護(hù)的作用。</p><p>　　4.3.2 液壓執(zhí)行元件的選擇</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓缸，采用目前使用較為廣

93、泛的活塞缸。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)往復(fù)功能且系統(tǒng)的控制精度要求較高，因此采用運(yùn)動比較平穩(wěn)的單長桿雙作用活塞缸。整個液壓鉆動力頭采用水平布置的方式，為了與鉆箱體的布局方式想配合，并且符合運(yùn)動要求，液壓缸可采用將活塞桿與箱體連接，動力頭與缸筒焊接的方式水平布置。</p><p>　　4.3.3 液壓系統(tǒng)原理圖的繪制</p><p>　　液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖4-1：</p><p>　

94、　圖 4-1 系統(tǒng)循環(huán)圖</p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖4-2：</p><p>　　圖 4-2液壓系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　其工作原理為：</b></p><p>　　參見《液壓與氣壓傳動》[16]第4版，左健民主編，164頁：YT4543動力滑臺的液壓系統(tǒng)的工作原理。</p><

95、p>　　五 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)分析</p><p>　　PLC（可編程控制器的簡稱），一種以微處理為核心并使用各種軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種不同條件下的控制的工業(yè)控制器?？梢哉f，現(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)成為自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制裝置。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)液壓鉆動力頭進(jìn)給運(yùn)動的控制，我們必須首先設(shè)計(jì)出與之對

96、應(yīng)的機(jī)械和液壓回路系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。由以上分析，該方案不僅操作簡單，價(jià)格低廉，而且控制精度高，工作可靠等。這樣的話工人的勞動強(qiáng)度得到極大的降低，還在一定程度上提高了生產(chǎn)效率。[13]</p><p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　我們可以根據(jù)液壓回路的設(shè)計(jì)，完成了電氣控制系統(tǒng)，從而使主軸在作主運(yùn)動的同時，還能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動：快進(jìn)—工進(jìn)—延時—快退—停止。</p

97、><p><b>　　快進(jìn)</b></p><p>　　按下SB2，KA1自鎖，1YA得點(diǎn)使電磁換向閥位于左位，實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給。</p><p><b>　　工進(jìn)</b></p><p>　　當(dāng)鉆頭碰到工件時，開關(guān)SQ1接通，繼電器KA2得電，使開關(guān)KA2閉合，3YA的電使速度換向閥啟動，實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動

98、。</p><p><b>　　暫停</b></p><p>　　通過端子板進(jìn)行位置檢測，當(dāng)鉆頭進(jìn)給到一定程度時，SQ2開關(guān)接通，繼電器KT得電，使開關(guān)KT斷開，從而使各支路斷開，開關(guān)復(fù)位，進(jìn)給運(yùn)動停止。</p><p><b>　　快退</b></p><p>　　延時開關(guān)KT延時到預(yù)定時間后接通

99、，2YA得點(diǎn)事電磁換向閥右位接通，實(shí)現(xiàn)快速退回。</p><p>　　當(dāng)鉆頭退到原始位置時，SQ1接通，繼電器KA3得點(diǎn)時開關(guān)KA3斷電，</p><p>　　切斷了整個系統(tǒng)的回路，同時主軸也停止了快退。 </p><p>　　動力頭電氣原理圖如圖5-1</p><p>　　圖 5-1 電氣原理圖</p><p>　

100、　數(shù)控液壓鉆動力頭的動作順序如圖5-2所示，其中，1ST*SB表示1ST與SB同時閉合；“+”代表電磁閥得電，“-”表示電磁閥失電。</p><p>　　圖 5-2 動作順序圖</p><p>　　PLC現(xiàn)場實(shí)際連接圖如圖5-3</p><p>　　圖 5-3 現(xiàn)場實(shí)際連接圖</p><p>　　六 液壓元件的選擇計(jì)算</p>

101、<p>　　6.1 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)</p><p>　　液壓系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動最大運(yùn)動速度：</p><p>　　液壓系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動最大行程：</p><p>　　6.1.1 初選系統(tǒng)的工作壓力</p><p>　　我們知道，工作壓力的選擇要根據(jù)多個方面來綜合考慮，不僅要根據(jù)設(shè)備類型和工作載荷的大小，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、供應(yīng)條

102、件和經(jīng)濟(jì)條件的對工作壓力的限制。</p><p>　　具體可參考表6-1和表6-2。</p><p>　　表6-1 按載荷選擇工作壓力</p><p>　　表6-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的載荷大小和表1表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，初步選定系統(tǒng)壓力為5MPa。</p><p>　　6

103、.2 液壓缸主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　6.2.1 液壓缸主要尺寸的計(jì)算</p><p>　　液壓缸有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下圖所示，則存在活塞桿受力為：</p><p>　　式中 —活塞的有效工作面積</p><p>　　—液壓缸工作腔壓力 </p><p&

104、gt;　　—液壓缸回油腔壓力 ，可根據(jù)回路的具體情況來確定，初算時可參照表3取值。</p><p><b>　　—活塞直徑 </b></p><p><b>　　—活塞桿直徑 </b></p><p>　　表6-3 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中，我們可以看到，我們的回油路線較

105、短，且直接接回油箱，故背壓力可以忽略不計(jì)。一般來說，在2個工況下的液壓缸，活塞面積計(jì)算公式：</p><p>　　運(yùn)用上式計(jì)算活塞直徑和活塞桿的直徑，必須先確定活塞直徑與活塞桿直徑的關(guān)系，令桿徑比，由于為單桿雙作用缸，往返速度相等。</p><p>　　6.2.2 液壓缸的選型</p><p>　　我們在前面已經(jīng)計(jì)算出來了活塞桿直徑d和活塞直徑D,但是這只是理論計(jì)算

106、出來的，還要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓缸的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。如果說計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值液壓缸參數(shù)相差不到，則最好選用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，這是為了免去自行設(shè)計(jì)和加工。經(jīng)常使用到的液壓缸內(nèi)徑及活塞桿直徑可以通過查閱有關(guān)表格。本次設(shè)計(jì)將標(biāo)準(zhǔn)液壓缸加以技術(shù)改造，如下圖6-1</p><p><b>　　圖 6-1 液壓缸</b></p><p>　　進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動動力頭前進(jìn)或后退達(dá)到鉆進(jìn)或后退的

107、目的，本設(shè)計(jì)采用長行程單桿液壓缸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，動力頭給進(jìn)機(jī)構(gòu)如上圖?；钊麠U是雙層使用時，這時活塞桿是固定不動的，而動力頭是固定在滑板上的，從而當(dāng)液壓缸移動時，固定在滑板上的動力頭隨著移動。當(dāng)b孔進(jìn)油時通過內(nèi)層油管進(jìn)入液壓缸上腔，下腔油通過a孔返回油箱，進(jìn)行后退工作。當(dāng)a空進(jìn)油時，通過兩層夾管進(jìn)入液壓缸下腔，下腔油通過b孔返回油箱，進(jìn)行給進(jìn)工作。由于上腔工作面積大于下腔工作面積，所以提升力大于給進(jìn)力，滿足鉆進(jìn)工藝要求。進(jìn)給機(jī)構(gòu)由滑板、進(jìn)給油箱

108、等組成。進(jìn)給油箱帶動滑板在導(dǎo)軌上移動，動力頭通過套筒與滑板焊接傳遞動力，因此，動力頭對鉆具的加、減壓給進(jìn)由給進(jìn)油缸直接驅(qū)動，剛性大導(dǎo)向性好、間隙可調(diào)節(jié)。</p><p>　　表6-4 常用液壓缸內(nèi)徑 mm</p><p>　　表6-5 常用活塞桿直徑 mm</p><p>　　根據(jù)表6-4和表6-5的標(biāo)準(zhǔn)值，最終選定活塞直徑為，活塞桿直徑為32mm。</p

109、><p>　　國家標(biāo)準(zhǔn)的活塞行程系列如下表所示：</p><p>　　表6-6 活塞行程 mm</p><p>　　計(jì)算所得的液壓缸行程為，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值，選活塞行程為。</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊和網(wǎng)上查的的液壓產(chǎn)品資料，選定的液壓缸的型號為。工作類型為等速缸，額定壓力為7MPa，采用底角形式安裝，活塞桿端用外螺紋連接，缸徑為100mm

110、，活塞桿徑為32mm，行程為250mm。</p><p>　　6.2.3 液壓缸流量的計(jì)算</p><p><b>　　當(dāng)活塞桿運(yùn)動時：</b></p><p>　　式中 —容積效率。采用彈性物密封圈時；采用金屬環(huán)時，。</p><p>　　由于選用的液壓缸采用彈性密封圈密封，故，則：</p><

111、;p><b>　　6.3液壓泵</b></p><p>　　我們知道，液壓泵的能量轉(zhuǎn)換形式為機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵作為動力源，為液壓系統(tǒng)提供液壓壓力。</p><p>　　6.3.1液壓泵的分類和用途</p><p>　　我們知道液壓泵到的分類可根據(jù)其不同的結(jié)構(gòu)來劃分，通常情況下我們可以劃分為齒輪泵、柱塞泵、葉片泵

112、和螺桿泵四種。</p><p>　　6.3.2液壓泵的選擇</p><p>　　我們在選擇合適的液壓泵的時候，要在保證其可靠性、使用壽命、維護(hù)保養(yǎng)等方面外，還應(yīng)考慮各種參數(shù)對結(jié)構(gòu)的影響，例如以下參數(shù)就對我們的選擇起到很大的影響，有工作壓力、轉(zhuǎn)速、流量和液壓油的相容性。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)需要及結(jié)構(gòu)布置，選擇雙作用葉片泵，性能如下：</p>&

113、lt;p>　　定量葉片泵，型號YB2-E,排量10-200mL?r-1,壓力16Mpa，轉(zhuǎn)速1450r?min-1</p><p><b>　　七 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以液壓鉆動力頭為設(shè)計(jì)對象，選用可更換齒輪實(shí)現(xiàn)多個進(jìn)給速度并結(jié)合花鍵傳遞液壓控制的綜合設(shè)計(jì)方案，我們在進(jìn)行有關(guān)主軸選擇計(jì)算、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)校核的時候，我們時

114、刻要記住，在保證強(qiáng)度和使用壽命的同時，還有考慮對結(jié)構(gòu)和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并滿足各零部件等強(qiáng)度等壽命的要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要做了以下工作：</p><p>　　根據(jù)已知的轉(zhuǎn)速、行程等計(jì)算出轉(zhuǎn)矩，并初步選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓缸；</p><p>　　對選擇的各元件，在保證強(qiáng)度和壽命的條件下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)等的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了傳動機(jī)構(gòu)的輕量化和各零部件和等強(qiáng)度等壽命的總

115、體要求；</p><p>　　對軸和鍵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和相關(guān)強(qiáng)度的校核，對機(jī)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并完成了軸承的強(qiáng)度校核；</p><p>　　根據(jù)上面的設(shè)計(jì)及計(jì)算，我們繪制出了液壓鉆動力頭的總裝配圖，以及主軸，箱體和液壓系統(tǒng)的零件圖。</p><p>　　以上內(nèi)容為本學(xué)期的主要工作，由于時間和精力的限制，內(nèi)容中尚有一些不完善的地方，有待以后進(jìn)一步的深入研究。<

116、/p><p><b>　　八 致謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)論文是在**副教授悉心指導(dǎo)下完成的。*老師那淵博的專業(yè)知識，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，平易近人的人格魅力等等都無時無刻在激勵著我前行。本論文從選題到完成，每一步都是在*老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血和汗水。在此，謹(jǐn)向*老師表示崇高的敬意和由衷的感謝！</p><

117、;p>　　本次畢業(yè)論文不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文的順利完成，離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。</p><p>　　四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個完美的句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始，勇往前進(jìn)。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)老師、父母和朋友對我的殷切期望！我一定會加倍努力，爭取

118、更大的進(jìn)步！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 上海紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版，1979. </p><p>　　[2] 徐.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第5卷.機(jī)械工業(yè)出版社， 1995.</p><p>　　[3] 朱龍根.簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.