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1、 河南工业职业技术学院学院毕业论文目 录第1章 前言或绪论 1.1设计的目的和意义3 1.2设计项目发展情况简介3 1.3设计原理且规模介绍3 第2章 课题分析与系统总体方案设计 2.1课题任务分析 .5 2.2系统方案设计 .5第3章深孔钻床机械部分的设计 3.1深孔钻床动作部件设计.9 3.11伺服驱动系统设计相关参数 .93.12伺服电机的选择 . .9 3.13 滚珠丝杠的选择 .123.14 联轴器选择 . .133.15主轴电机选择 .133.16冷却液水泵的选择 .14 3.2回转工作台设计15 3.21回转工作台总体方案选择.153.22回转工作台原理简介.163.23回转工作
2、台电机的选择.183.24工作台设计的要点及计算.193.25夹紧气缸的选择 .24第4章 电气控制系统设计 4.1 PLC的介绍及选择.254.1.1 PLC的基本概念.254.1.2 PLC的基本结构.254.1.3 PLC的工作原理.25 4.1.4 PLC控制系统设计的一般步骤.254.1.5 PLC最终的确定264.2 电气系统设计.274.2.1 整机电气系统主电路图274.2.2 PLC外部硬件接线图284.2.3 PLC程序设计.29 结论.35参考文献.36 致谢 . .37第1章 前言或绪论1.1设计的目的和意义 深孔加工是机械加工中的一个重要分支，同时深孔加工工艺理论也是
3、机械加工研究中的一个重要课题。深孔钻床就是有别于传统的孔加工方式，依靠特定的钻削技术，对长径比大于10的深孔孔系进行钻削加工的的专用机床统称。深孔加工技术代表着先进、高效的孔加工技术，通过一次走刀就可以获得精密的加工效果，加工出来的孔位置准确，尺寸精度好,直线度、同轴度高，并且有很高的表面光洁度和重复性。深孔钻削加工（孔深和孔径的比值10）在机械加工领域中占有非常重要的地位，约占孔加工量的40%以上,随着科学技术的进步和新型高强度、高硬度和高价值难加工深孔零件的不断出现，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不断提高，使得深孔加工成为机械加工的关键工序和加工难点。因此在毕业设计之际,
4、选择深孔钻床的电气自动控制系统设计,既是对大学三年本专业所学知识的综合运用,又具有非常强的现实经济意义. 1.2设计项目发展情况简介 由于我国机械制造业的迅速发展，深孔加工技术在我国也得到了广泛的应用。20世纪50年代群钻的研制成功，使钻孔效率大为提高。1958年BTA钻头在我国开始使用。在此之后，70年代初，我国开始着手研制和推广喷吸钻，到1978年DF法已在我国设计完成并于1979年正式投入生产，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家重型机械制造厂相继研制和采用了深孔套料钻，已成功地加工出12m长的发电机转子内孔。西安石油大学于1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统，
5、使枪钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多齿内排屑深孔钻，使深孔钻削的稳定度和耐用度大大提高，近些年来，随着国家科学创新政策的广泛展开，深孔钻技术得到了长足的发展。 随着科学技术的进步，深孔零件在材质及毛坯制造、刀具材料、深孔加工机床、基础理论研究、检测的方面都有了较大的进展。现代深孔加工技术的发展面临着多品种、小批量、新型工程材料及愈来愈高的精度要求的挑战。由于机械工业产品多品种、小批量的比重日益增加，提高劳动生产率，降低生产成本成为深孔加工技术的中心课题。开展计算机辅助设计及计算机辅助制造，实现自动化生产是提高深孔加工劳动生产率和经济效益的根本途径。愈来愈高的精度要求，更加需要发展深
6、孔精密加工技术，并解决加工中异常情况的监控及自动检测。目前，深孔加工中这些问题，虽然落后于车削、铣削，但已有一些国家已在开发研制，进行解决，我国目前也利用建国后积累的丰富的深孔加工经验，加大人力、物力、财力的投入，积极的投身此项工作的研究中，以期国际研究和生产领域的领先地位。1.3设计原理且规模介绍执行元件选用伺服电机，伺服电机的功率通过计算后选定电机的型号而确定；传动方案选择丝杠螺母传动机构，在已知丝杠导程和步进电机步距角的情况下，查询丝杠的型号，以满足传动的要求；执行机构为拖板导轨；控制系统采用PLC驱动伺服电机。最终确定的PLC驱动整体方案框图如下：电脑P L C 硬件 其他辅助设备显示
7、单元工作台回转步进电机单元工作台运动伺服电机单元主轴回转交流电机单元 整体方案框图第2章 课题分析与系统总体方案设计2.1课题任务分析本课题的主要任务是完成深孔钻床电气控制系统设计并调试至生产要求。深孔钻床在工作过程中必须要能实现手动和自动控制。手动控制是为了满足调试需求，主要应能实现速度、进给量的调整并能实现一系列辅助功能。因此必须对深孔钻床的主轴正反转、驱动工作台直线运动的伺服电机正反转、进给速度的调节、工件夹紧与松开气缸的控制、切削液开与关等部件进行点动，以方便调整机床的实施。进入正常工作阶段，必须充分考虑加工的效率，实现自动加工，在自动加工模式下应完成以下功能：两个工位同时装入工件（人
8、工手动），按下自动加工按钮（程式启动），两个工位气缸同时夹紧，主轴启动，开始加工工件。工件加工过程是分为快进、工进（冷却液打开）、退回排屑、再工进、再退回直到第一工位工件加工完成后，工作台快速退回，退回到原点时，压下行程开关，工作台自动回转180，实现工位的切换，重复刚才动作开始加工工件。工作台回转180后，加工工位气缸夹紧且不能松开，后一工位气缸可以自行松开或者夹紧，有按钮完成，实现在加工第一工位工件的同时自行跟换第二工位的工件，大大提高了深孔加工工作效率。本次设计的深孔钻床采用工具钻头回转运动，工件装夹在工作台上直线运动，完成加工的。课题初步分析设计为以下三大模块：工作台伺服传动系统设计、
9、工作台回转及其电气控制系统设计、机床整体控制系统的设计（主轴电机以及冷却液电机选择等）。2.2 系统方案设计 系统总体设计非常重要，是对一部机器的总体布局和全局的安排。总体设计是否合理将对后面几步的设计产生重大影响，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能和设计质量。所以，在总体设计时应多花时间、考虑清楚，以减少返工现象。当伺服系统的负载不大、精度要求不高时，可采用开环控制。一般来讲，开环伺服系统的稳定性不成问题，设计时主要考虑精度方面的要求，通过合理的结构参数设计，使系统具有良好的动态响应性能。在机电一体化产品中，典型的开环控制位置伺服系统是简易数控机床，其结构原理如图2-1所示。深孔钻床开环伺服
10、系统在结构原理上大同小异，其方案设计实质上就是在图2-1的基础上选择和确定各构成环节的具体实现方案。图2-1 开环伺服系统结构原理框图1、执行元件的选择 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性及体积、成本等多方面要求。开环系统中可采用伺服电机、步进电机、电液脉冲马达等作为执行元件，其中伺服电机应用较为广泛，也能满足于本次毕业设计，所以初步决定执行元件选择伺服电机。2、传动机构方案的选择传动机构实质上是执行元件与执行机构以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。用于将旋转运动转换为直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。前者可获得较大的传动比和较高的
11、传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂，后者因结构简单、制造容易而广泛使用。因此本次设计选择丝杠螺母传动方案。在伺服电机与丝杠之间运动的传递有多种方式，可将伺服电机与丝杠通过联轴器直接连接，其优点是结构简单，可获得较高的速度，对伺服电机的负载能力要求较高。3、执行机构方案的选择 执行机构是伺服系统中的被控对象，是实现实际操作的机构，应根据具体操作对象及其特点来选择和设计。一般来讲，执行机构中都包含有导向机构，执行机构的选择主要是导向机构的选择。4、控制系统方案的选择控制系统方案的选择包括微控制器、步进电机控制方式、驱动电路等的选择。常用的微控制器有
12、单片机、PLC、微机插卡、微机并行口、串行口和下位机等，其中PLC由于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方面的优越性，在伺服系统中得到广泛的应用。因此设计控制系统采用PLC控制。5、本次毕业设计方案的选择执行元件选用伺服电机，伺服电机的功率通过计算后选定电机的型号而确定；传动方案选择丝杠螺母传动机构，在已知丝杠导程和步进电机步距角的情况下，查询丝杠的型号，以满足传动的要求；执行机构为拖板导轨；控制系统采用PLC驱动伺服电机。最终确定的PLC驱动整体方案框图2-2如下：电脑P L C 硬件 其他辅助设备显示单元工作台回转步进电机单元工作台运动伺服电机单元主轴回转交流电机单元图2-2 整体方案框图电机
