沈陽化工大學科亞學院本科畢業(yè)設計全套圖紙，加153893706題目：組合機床液壓系統(tǒng)設計及PLC控制專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：機制1203 學生姓名：指導教師：論文提交日期： 2016 年 5 月 30 日論文答辯日期： 2016 年 6 月 8 日35畢業(yè)設計任務書機械設計制造及其自動化專業(yè)機制1203班學生：錢神華畢業(yè)設計題目：組合機床液壓系統(tǒng)設計與PLC控制畢業(yè)設計內容：選擇組合機床的液壓系統(tǒng)設計和機床的PLC控制兩部分內容為設計對象，是要考核學生的液壓傳動知識和PLC控制知識，體現(xiàn)機械、液壓與電氣控制的結合。主要設計包括液壓原理圖設計，工況參數(shù)計算，液壓元件選擇，液壓缸機械結構設計，PLC選型，控制方案選擇，PLC硬件電路設計，PLC梯形圖設計與仿真等。主要技術參數(shù)：驅動質量9800kg，快進快退速度4.8m/min，工進速度0.020.8m/min，工作負載28KN，行程200mm。夾緊力36KN，夾緊行程20mm。畢業(yè)設計專題部分：（1）組合機床的結構原理和工作要求分析。（2）工況分析，工藝參數(shù)確定。（3）液壓原理圖設計。（4）液元件選擇，性能驗算，動態(tài)性能仿真。（5）控制方案選擇，PLC選型，PLC硬件電路設計。（6）梯形圖設計與仿真，有條件時在液壓實驗臺上驗證。起止時間：2016.2.292016.6.17指導教師：王志成簽字 2015年12月4日摘要文章以三面銑組合機床為研究對象,通過對主要結構和運動形式的探究以及對機床的工作過程和控制要求分析,給出了機床動作循環(huán)圖、液壓元件動作表，并采用PLC控制系統(tǒng)的設計方法, 進行了軟硬件設計,列出了PLC的I/O地址分配表,繪制了PLC的I/O分配圖和單循環(huán)自動工作流程圖，編寫PLC控制程序的梯形圖和指令表。可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)與計算機控制技術緊密結合 ,集計算機、控制、通訊于一體,具有可靠性高、通用性強、易于使用、維修方便、價格便宜等優(yōu)點,為工業(yè)自動化提供了近乎完美的自動控制裝置。根據(jù)我國當前的情況，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)依然是機械設備最常用的電氣控制方式，許多企業(yè)和高校實習工廠的機床和設備仍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。隨著科學技術發(fā)展，可編程控制器的出現(xiàn)，許多以繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的組合機床通過電路改進，采用可編程控制系統(tǒng)，無論在性能上或者效率上都能得到很大提升。因此,采用PLC對機床電氣控制系統(tǒng)進行技術改造,很有益處。本課是以三菱電機公司的FX2N系列PLC作為組合機床的主控制器，同時連接PC端，通過PLC控制液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)一個全新的自動控制系統(tǒng)。關鍵詞:可編程控制器(PLC)；組合機床；液壓控制系統(tǒng)。AbstractTaking three surface milling combination machine tools for research object, and through the main structure and form of movement of exploration and for machine tools work process and control requirements analysis is presented, the machine operating cycle diagram, hydraulic components action list, And PLC control system design method of software and hardware design, lists the PLC I/O address allocation worksheets, painted PLC I/O assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list.Programmable controller (PLC) is a microprocessor as the core of general industrial control device, It will be the traditional relay contactor control system and computer control technology. Integrating computer, control, communications, and has high reliability, strong commonality, easy to use and convenient maintenance, cheap price, for industrial automation provides a nearly perfect automatic control device. According to the current situation in our country, Relay - contactor control system is still a mechanical equipment what is the most common way of electric control, Many companies and universities internship factory machines and equipments are still using traditional Relay - contactor control system. With the development of science and technology, the emergence of programmable controller, Many Relay - contactor control system of modular machine tool by circuit improvement, adopt the programmable control system, whether in performance or efficiency can be improved. Using the PLC to improving the electrical control system of nc machine tools has a good outcome.This essay use the FX2N series PLC of Mitsubishi Electric Corporation as main controller of modular machine tool, connecting the PC at the same time. Through the PLC control hydraulic system, creates a new automatic control system.Keywords: programmable controller (PLC); modular machine; hydraulic control system.目錄引言1第一章組合機床及其概述21.1 機床簡介21.2 發(fā)展歷史21.3 加工方式31.4 部件分類31.5 機床發(fā)展41.6 工藝范圍與設計類型41.7 三面銑組合機床概述51.7.1 機床主要結構部件51.7.2 機床加工工件示意圖51.7.3 機床工作過程5第二章液壓傳動設計72.1液壓傳動概述72.1.1基本原理72.1.2 理論應用72.1.3 液壓機械系統(tǒng)82.1.4 液壓傳動的優(yōu)缺點82.1.5 液壓系統(tǒng)設計原則92.2工況分析92.3擬定液壓原理圖142.4液壓元件的選擇162.5液壓系統(tǒng)性能驗算19第三章 PLC控制系統(tǒng)設計223.1 PLC概述223.1.1 基本結構223.1.2 功能特點233.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟253.3 PLC的選型253.4 PLC的I/O接口與主電路設計273.4.1 PLC的I/O分配表與接線圖273.4.2 主電路設計293.5 PLC控制系統(tǒng)程序設計313.5.1 程序流程圖設計313.5.2 程序設計32參考文獻35致謝36附錄一梯形圖37附錄二指令表42沈陽化工大學科亞學院學士學位論文引言引言本次畢業(yè)設計選題是組合機床液壓系統(tǒng)設計及PLC控制。組合機床是當今機床發(fā)展的大勢所趨，在機械行業(yè)高速發(fā)展的今天，一些復雜，繁瑣的加工工件需要用專用的機床進行加工，然而專用機床的加工面較窄，不利于一些微小企業(yè)投入與使用，這就迫使組合機床的誕生，組合機床具備專用機床的優(yōu)點，而且應用范圍比較廣。液壓傳動是屬于機械傳動，它可以具有傳動平穩(wěn)和傳動的力矩大的優(yōu)點，現(xiàn)在在傳動領域的使用率高達63%，技術成熟，使用范圍廣。PLC是電氣機械行業(yè)控制領域不可或缺的技術，它的出現(xiàn)與應用促使機床的發(fā)展更進一步，導致現(xiàn)今機械加工過程中的操作者人得到了大大的解放，同時也提高的整個機床行業(yè)的生產(chǎn)率。因此，基于以上的現(xiàn)狀，我選擇了涉及組合機床、液壓傳動和PLC技術的畢業(yè)設計，在接下來的設計中，著重按上述要點進行設計與介紹，讓自己的知識點的到更全面的提升與發(fā)展。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文第一章組合機床及其概述第一章組合機床及其概述組合機床(transfer and unit machine)是在通用部件的基礎上，按工件特殊的形狀和加工工藝要求配備相應的專用部件及特定夾具后，組成的自動或半自動滿足特殊需要的專用機床。表1 組合機床基本信息中文名稱組合機床外文名稱transfer and unit machine加工方式多刀、多軸、多工序定義自動或半自動專用機床1.1 機床簡介組合機床(transfer and unit machine)，以系列化和標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或多種工件按預先確定的工序進行切削加工的機床。兼有萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常占整個機床零部件的7090，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進行改裝，從而組成適應新的加工要求的設備。因為在組合機床上我們可以同時從多個方向采用多把刀具對一個或幾個工件予以加工，所以可以通過減少物體的挪運與占地面積，來實現(xiàn)工序的集中，從而改良勞動條件，最終提高效率、降低成本。把數(shù)臺組合機床組合在一起，就變成自動的生產(chǎn)線。組合機床被廣泛的運用在需要大量生產(chǎn)加工的零部件上，就像汽車及其行業(yè)的箱體等。其次在中小型批量生產(chǎn)加工中也可以運用成組的技術把結構與工藝類似的零部件合并到一起，從而使在組合機床上加工時更加方便。1.2 發(fā)展歷史1911年最早用于加工汽車零部件的組合機床是在美國設計制造成功的。美國通用汽車公司與福特汽車公司在1953年和美國的機床制造廠協(xié)調商定，明確商定了組合機床的通用部件的標準化原則。最早，所以機床制造廠全部都具有其自己的通用部件的標準。為了加強制造廠自己通用部件在不同制造廠之間的互換性，這樣有利于用戶的使用與維修。國際標準化組織（ISO）于1973年頒布了全球第一批組合機床通用部件的標準。中國第一機械工業(yè)部于1975年公布了中國第一批組合機床通用部件的標準。從1970年以來，隨著密齒銑刀、可轉位刀具、刀具自動補償和鏜孔尺寸自動檢測這幾項技術的發(fā)展，使組合機床加工的精確度得到了很大的提高。銑削平面的表面粗糙程度可以低至2.50.63微米，平面度可以達到0.005厘米100厘米；孔距精確度可以達到O.03O.02微米，鏜孔精度可以達到IT76級。隨著汽車工業(yè)的興起，專用機床開始發(fā)展起來。由于有些部件在專用機床中反復的被使用，因此漸漸發(fā)展為了通用的部件，從而組合機床產(chǎn)生了。1.3 加工方式組合機床通常采用多面、多軸、多刀、多工位或多工序一起進行加工的模式，生產(chǎn)的效率是通用機床的幾倍甚至幾十倍。因為通用部件已系列化和標準化，可以按照需求靈活的進行配置，從而使設計與制造的周期大大縮短。所以組合機床具有成本低效率高的優(yōu)點，則在大量的生產(chǎn)中組合機床可以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般在加工箱體類或特殊形狀的零件等方面用途較多。加工時，通過刀具的旋轉運動以及刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鏜孔、鉸孔、锪孔、擴孔、鉆孔、銑削平面、切削內外螺紋與加工端面和外圓等，而工件一般不進行旋轉運動。有的組合機床則采取車削頭夾持工件令其旋轉的方式，由刀具作進給運動，來實現(xiàn)一些回轉體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的端面和外圓加工。1.4 部件分類按功能可以將組合機床的通用部件分為以下5類，即：支承部件、輸送部件、輔助部件、控制部件和動力部件。1、支承部件支撐部件是用來安裝動力滑臺的，它包括各種支架和底座；輸運部件是用以輸送主軸箱或工件到加工工位；控制部件是用來控制機床工作的自動循環(huán)的。2、輸送部件按軟硬件方式分類傳輸部件可以分為控制信號傳輸和機械零件傳輸這兩種。3、輔助部件輔助部件包括冷卻、排屑和潤滑等裝置。按照配置的型式可以將組合機床分為多工位和單工位兩大類。其中多工位的組合機床又可分為以下4類，即：中長立柱式、回轉鼓輪式、回轉工作臺式和往復工作臺式；單工位的組合機床按照被加工面的數(shù)量不同可分為單面、雙面、三面和四面這4類。4、控制部件控制機床自動工作循環(huán)的部件便是控制部件，包括電氣柜、液壓站和操縱臺等。5、動力部件為機床提供進給運動和主運動的是動力部件，主要有動力滑臺（用于切削頭或安裝動力箱，從而實現(xiàn)進給運動），動力箱（把電動機的旋轉運動傳遞到主軸箱）、切削頭（裝在各個主軸上，動力箱（把電動機的旋轉運動傳遞到主軸箱）用于各單一工序的加工）。1.5 機床發(fā)展轉塔式組合機床和可換主軸箱式組合機床在中小批量生產(chǎn)中得到了很好的應用，這兩類組合機床能將工藝與結構相類似的零件集中在一臺組合機床上進行加工，從而大大啊提高了機床的利用率。采用滾珠絲杠和調速電動機等傳動將是組合機床今后發(fā)展的趨勢，它可以縮短生產(chǎn)節(jié)拍、簡化結構；另外使用主軸箱和數(shù)字控制系統(tǒng)以及夾具自動更換系統(tǒng)，來提高工藝的可調性；還有納入柔性制造系統(tǒng)等。1.6 工藝范圍與設計類型一般組合機床可以完成的工藝范圍如下：車端面、刮平面、車錐面、銑平面、切槽、鉆孔、鉸孔、鏜孔、擴孔、倒角、還有就是加工滾壓、螺紋、拉削、拋光、磨削等?！咀ⅰ勘敬卧O計選取機床為三面銑組合機床的液壓傳動與PLC控制。1.7 三面銑組合機床概述三面銑組合機床是用來對Z512W型臺式鉆床主軸箱的80、90孔端面及定位面進行銑銷加工的一種自動加工設備。1.7.1 機床主要結構部件底座、床身、銑削動力頭、液壓動力滑臺、液壓站、工作臺、工件松緊油缸等組成。機床底座上安放有床身，床身上一頭安裝有液壓動力滑臺，工件及夾緊裝置放于滑臺上。床身的兩邊各安裝有一臺銑銷頭，上方有立銑頭，液壓站在機床附近。1.7.2 機床加工工件示意圖圖1 80、90孔端面及定位面1.7.3 機床工作過程操作者將要加工的零件放在工作臺的夾具中，在其他準備工作就緒后，發(fā)出加工指令。工件夾緊后壓力繼電器動作，液壓動力滑臺（工作臺）開始快進，到位轉工進，同時起動左和右1銑頭開始加工，加工到某一位置，立銑頭開始加工，加工又過一定位置右1銑頭停止，右2銑頭開始加工，加工到終點三臺電機同時停止。待電機完全停止后，滑臺快退回原位，工件松開，一個自動工作循環(huán)結束。操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新發(fā)出加工指令重復上述工作過程。將上述文字的敘述部分轉化成直線箭頭流程圖，便可讓人一目了然。具體加工過程如圖2所示。圖2 機床動作循環(huán)圖沈陽化工大學科亞學院學士學位論文第二章液壓傳動系統(tǒng)設計第二章液壓傳動設計2.1液壓傳動概述用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式稱為液壓液壓傳動，另外它又與氣壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動。流體傳動是17世紀發(fā)展起來的一門新興技術，該技術在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應用?，F(xiàn)在，流體傳動技術水平的高低是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要依據(jù)。表2液壓傳動基本信息中文名稱液壓傳動外文名稱Hydraulic transmission應用學科、適用領域物理、機械加工原理機械能轉化為液體的壓力能2.1.1基本原理液壓傳動的基本原理：液壓系統(tǒng)可以利用液壓泵把原動機的機械能轉換成液體的壓力能，進而利用液體壓力能的變化來傳遞能量，通過多種控制閥和管路的傳遞，借助的液壓執(zhí)行元件來將液體的壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，來實現(xiàn)直線回轉運動和往復運動。其中工作介質為液體，該液體一般為礦物油，其作用與機械傳動中的鏈條、齒輪和皮帶等傳動元件差不多。在液壓傳動中，液壓油缸既是一個最簡單又比較完整的液壓傳動系統(tǒng)，分析其工作過程，可以很好的了解液壓傳動的基本原理。2.1.2 理論應用液壓傳動應用非常廣泛，例如一般工業(yè)用的壓力機械、機床、塑料加工機械等；還有就是行走機械中的建筑機械、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的提升裝置、冶金機械、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的河床升降裝置、防洪閘門及堤壩裝置、橋梁操縱機構等；發(fā)電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的船頭門、甲板起重機械、船尾推進器、艙壁閥等；特殊技術用的測量浮標、升降旋轉舞臺、巨型天線控制裝置等；軍事工業(yè)用的船舶減搖裝置、火炮操縱裝置、飛機起落架的收放裝置、飛行器仿真和方向舵控制裝置等。2.1.3 液壓機械系統(tǒng)液壓機械系統(tǒng)主要是由:以下五個部分組成：執(zhí)行元件、動力元件、工作介質、控制元件和輔助元件。1、液壓缸與液壓馬達稱為執(zhí)行元件。液壓缸主要包括擺動液壓缸、柱塞液壓缸、組合液壓缸、活塞液壓缸；液壓馬達主要包括葉片液壓馬達、輪式液壓馬達、柱塞液壓馬達。2、油泵屬于動力元件。它是液壓傳動中的動力部分，因為它可以利用液體將原動機的機械能轉換成液壓力能。3、液壓油或乳化液被稱為工作介質，它可通過油泵與液動機實現(xiàn)能量轉換。4、控制元件主要包括流量閥、壓力閥與方向閥等。它可按照需求無級調節(jié)液動機的速度，同時對液壓系統(tǒng)中工作液體的流量、壓力與流向進行調節(jié)控制。5、除以上三部分元件以外的其它元件便是輔助元件，主要有蓄能裝置、壓力表、冷卻器、濾油器、高壓球閥、管件各種管接頭、軟管總成、快換接頭、測壓接頭、加熱器、管夾、油管、壓力計、流量計等。2.1.4 液壓傳動的優(yōu)缺點1、優(yōu)點：（1）體積小、重量輕。（2）能在在一定的范圍內自動而平穩(wěn)地調節(jié)牽引的速度，并可實現(xiàn)無級調速。（3）易換向，在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構旋轉和直線往復運動的轉換。（4）液壓泵和液壓馬達之間連接不受嚴格限制。（5）自行潤滑，磨損小，使用壽命長;（6）控制簡單，自動化程度高。（7）易實現(xiàn)過載保護。（8）液壓元件實現(xiàn)了系列化、標準化、便于設計、通用化、制造和使用。2、缺點：（1）維護的要求高，工作油需始終保持清潔。（2）元件制造的精度要求高，工藝復雜，成本較高。（3）維修需較高的技術水平。（4）因為液壓傳動對油溫變化較敏感，所以它不適合在很高或很低的溫度下工作。（5）在能量轉化的過程中，特別是在節(jié)流調速系統(tǒng)中系統(tǒng)效率較低。（6）由于液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴格的傳動比。2.1.5 液壓系統(tǒng)設計原則組合機床被看作是一種高效、專用的機床，它是由必不可少的通用部件和一些特定的專門用處的部件構成成。其中通用部件一般是由支撐件、滑臺、動力箱和輸送機構等組成，然而專用部件一般都是由多軸傳動箱和專用夾具組成。它一般是采用多刀、多軸、多工位和多面加工，能完成擴、鏜孔、鉆、攻絲、鉸、銑、車、磨削以及其它必要的精加工工藝順序。組合機床具有生產(chǎn)效率高、加工范圍廣、自動化程度高、加工精度較高、設計制造周期短、通用部件可以被重復安裝使用等很多優(yōu)點，所以，組合機床被廣泛的應用在大批、大量生產(chǎn)的機械流水線加工或自動線加工中。機床的主運動可由動力頭或者動力箱來獲得，進給運動則是由工作滑臺的運動來獲得，動力滑臺通常與動力箱或動力頭配套起來使用，在滑臺上可以安裝動力箱，刀具主運動便可由動力箱上的電機來帶動，而滑臺是用來實現(xiàn)刀具進給運動的?；_是由液壓驅動，可以實現(xiàn)自動的工作循環(huán)。若出現(xiàn)多種進給則可一根據(jù)工藝順序和加工要求安排在同一個工序中進行，在組合機床上還可以實現(xiàn)多個滑臺同時工作。本篇設計中液壓系統(tǒng)是由一臺液壓泵作為動力源向兩個液壓缸提供油壓，所以，這次設計的液壓系統(tǒng)應該滿足各工位在加工過程之中不會發(fā)生相互干涉這一前提，并力求功率損失最小。2.2工況分析工況分析一般都是對液壓執(zhí)行元件的工作情況進行分析，分析工況之后我們就可以得到一些設計時必須參考的參數(shù)以及設計過程中必須考慮的因素，例如：工作過程中負載的變化、壓力流量以及功率的變化和執(zhí)行元件的速度變化等等。將這些作為設計的依據(jù)，完成之后的設計。1、工作負載對于不同的機械它的工作負載是不一樣的。如果是加工機床的話，切削負載就是它的工作負載；對于起貨機來說其中的重物就是工作負載。工作負載取值的正負性是根據(jù)液壓缸運動的方向與受力方向是否相同，若方向相同時則為正值，若方向相反時則為負值。工作負載的確定一般有兩種方法：根據(jù)相關的公式可以計算出來；根據(jù)主機參數(shù)然后確定。FL=FG=2.8104+9.61104N=1.24105N2、摩擦負載摩擦負載顧名思義是摩擦阻力（是指在液壓缸的驅動下運動部件和導軌之間所受到的摩擦力）。它的計算是根據(jù)導軌形狀、導軌運動間隙和運動形式等，再去查閱有關設計計算手冊額得到結果。Ff=fFN/sin工作臺上水平放置著工件，由于工件的主運動為垂直上升運動，滑臺采用常用的V形導軌，兩導軌面之間的夾角相互垂直為90度，滑臺、導軌之間的最大間隙是2mm，因此，導軌上垂直作用力可根據(jù)間隙大小和結構尺寸求出FN=208N，=45。查表可得靜摩擦系數(shù)為fs=0.2，動摩擦系數(shù)為fd=0.1，則有靜摩擦負載：Ffs=0.2208sin45N=58.83N動摩擦負載：Ffd=0.1208sin45N=29.42N3、慣性負載慣性負載是由于慣性的作用，運動部件在啟動加速和減速制動時的慣性力，按下式求出。Fa=Ggvt快速度4.2mmin=0.07mmin，快退速度4.8mmin=0.08ms， G=FG，g=9.81Nkg，t取0.5s，工進速度0.020.8mmin之間，所以取0.5mmin=0.00833mms.快進：Fa1=Ggvt=1.241059.810.070.5=1.77103N.工進：Fa2=Ggvt=1.241059.810.07-0.00830.5=1.56103N.快退：Fa3=Ggvt=1.241059.810.080.5=2.02103N.【注】夾緊缸的重力負載不需要考慮。綜上，液壓缸各階段的最大負載為加速過程中，即為：總負載=工作負載+動摩擦負載+慣性負載（加速階段）得： F=FL+Ffd+Fa=1.24105+29.42+1.77103N=1.26105N；快進總負載：總負載=工作負載+動摩擦負載F進=FL+Ffd=1.24105+29.421.24105N；工進總負載：總負載=工作負載+動摩擦負載F工進=FL+Ffd=1.24105+29.421.24105N快退總負載：總負載=動摩擦負載F退=Ffd=29.42N二、進給油缸主要參數(shù)確定1、液壓缸額定工作壓力的初步選定由于以上計算可得，該機床的負載不是很大，按照分類屬于機床類，所以初步選定的液壓缸額定工作壓力為3.0MPa。2、液壓缸缸筒尺寸的計算 A=Fp=1.26105N130105m2=4210-4m2D=4A=44210-43.14159m=7.3110-2m表3液壓缸的缸筒內徑參考尺寸系列表（GB2348-80）單位：mm810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630【注】帶括號的數(shù)值為非優(yōu)先考慮；若超出本系列最大的630mm缸筒的內徑尺寸可按GB321-64優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先系數(shù)中R10系列選出。對比計算結果和表3標準可得：D =80mm?；钊麠U的直徑是根據(jù)速度的比值（即：快進和快退的速度比）來計算d2D2-d2=4.84.2得：802802-d2=87即：d=28.28mm對比算結果和表4標準可得：d =28mm。表4液壓缸的活塞外參考徑尺寸系列表（GB2348-80）單位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400【注】若超出本系列最大值400mm的活塞桿外徑尺寸可按GB321-64優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先系數(shù)中R20系列選出。按有無桿來計算液壓缸的有效作用面積：無桿腔面積： A1=14D2=482cm2=50.24cm2有桿腔面積：A2=14(D2-d2)=4(82-2.82)cm2=44.09cm23、校核活塞桿的穩(wěn)定性因為活塞桿總行程為200mm，而活塞桿直徑為28mm，ld=20028=7.1410，故不需進行穩(wěn)定性校核。4、液壓缸最大流量的求取快進： q快進=A1v快進=50.2410-40.07m3s=351.6810-6m3s =21.10Lmin工進： q工進=A1v工進=50.2410-48.310-3m3s=41.710-6m3s =2.50Lmin快退： q快退=A2v快退=44.0910-40.08m3s=352.7210-6m2s =21.16Lmin5、各階段工況快進階段：壓力：p=F進A1=1.24105N50.24cm2=2.47MPa功率：P=pq=2.47106351.6810-6=868.65W工進階段：壓力：p=F工進A1=1.24105N50.24cm2=2.47MPa功率：P=pq=2.4710641.710-6=103.00W快退階段：壓力：p=F退A2=29.42N44.09cm2=6.6710-3MPa功率：P=pq=6.67103352.7210-6=2.35W表5各階段液壓缸的壓力、流量和功率工況參數(shù)快上工進快下壓力p/MPa2.472.476.6710-3流量q/（L/min）21.102.5021.16功率P/W868.65103.002.35【注】夾緊回路的工作壓力及流量均小于進給回路，因此油缸按進給油缸選用便可滿足設計要求。2.3擬定液壓原理圖在整個液壓系統(tǒng)設計中，液壓原理圖可謂是其中的核心，它設計的好壞與合理性關系到整個液壓系統(tǒng)是否能正常工作，液壓原理圖的擬定涉及的知識面非常廣泛，要結合所學的各章知識體系，然后根據(jù)設計的相關要求和具體的動作性能要求，選擇合適的液壓基本回路，然后將選擇的基本回路加以有效的連接措施，形成一個相互聯(lián)系的有機統(tǒng)一體，這便完成了液壓原理圖的設計。想要擬定完整恰當?shù)囊簤合到y(tǒng)圖，需要考慮一下幾方面的內容：1、液壓執(zhí)行元件的選擇原則由所學的內容可知，液壓執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達。若設計的液壓系統(tǒng)最后需要的主運動是直線反復運動，則選擇液壓缸；若設計的液壓系統(tǒng)最后需要的主運動是連續(xù)的回轉運動，便可選擇液壓馬達。液壓系統(tǒng)的設計，必須要按設計要求的運動情況選擇執(zhí)行元件，還要充分考慮整體性的最佳效果。一般設計時，還要考慮工作行程的長度，然后確定是否要提高執(zhí)行元件的傳動剛度，在實際設計中，使用范圍的大小和使用習慣往往會限制液壓執(zhí)行元件的選擇。2、液壓回路的選擇原則完成液壓執(zhí)行元件的確定之后，根據(jù)設計的主要性能特點和工作要求，先確定設計中的主要回路，例如：機床的液壓系統(tǒng)中，調速和速度換接是整個液壓回路的主要回路（本次設計的液壓系統(tǒng)便是三面銑組合機床工進和夾緊的液壓系統(tǒng)）。之后確定其它的輔助回路，例如：垂直運動中需要增加平衡回路；多執(zhí)行元件共同工作時，則需要考慮先后的工作順序，加入順序回路。同時，還要考慮節(jié)約能源，減少發(fā)熱、減少沖擊，保證動作精度等相關問題?；芈愤x擇時，可以參考和吸收同類型液壓系統(tǒng)中的通過實踐證明的比較好的回路。3、液壓回路的綜合綜合，顧名思義是將我們前面選出來的各種不同用處的回路放在一起，并加以整理和修改，在加一些必要的輔助回路形成的完整體系。完成上述工作需要遵循以下幾點事項：1）簡化系統(tǒng)結構，刪去不必要的元件；2）綜合設計出來的液壓系統(tǒng)，必須要使每個行程動作相互都不干擾且；3）盡可能的防止系統(tǒng)熱量過高，盡可能的提高系統(tǒng)的工作效率；4）盡可能的使用標準件，盡可能的降低專用件的使用。綜上，設計原理圖如下圖所示：圖3液壓系統(tǒng)原理圖2.4液壓元件的選擇1、液壓泵型號的確定及電動機功率的確定由以上設計可知，在整個液壓系統(tǒng)圖的循環(huán)過程中最大的工作壓力為2.47MPa，結合設計的液壓原理圖，由于結構簡單，因此，選取的壓力損失p=0.4MPa，所以液壓泵的工作壓力為：pp=p+p=2.47+0.4MPa=2.87MPa當油泵向系統(tǒng)供油時，假設整個回路的油泄露按10%計算，計算的油泵的總流量應為：qp=1.121.16Lmin=23.276Lmin，因為溢流閥的最小穩(wěn)定壓力為： 3Lmin，上述2.2.1中所求的液壓缸的工進流量為：2.5Lmin，所以，液壓泵的輸出流量應該不小于17Lmin。根據(jù)上述計算結果，查表，選取液壓泵規(guī)格為：PV2R3-76型葉片泵，額定壓力為21MPa，容積效率為pv=0.85，總效率為p=0.75，得qp=2114100.8510-3=25.17Lmin，再根據(jù)所求結果，結合公式Pp=ppqpp，查表得，電機型號為；表6液壓傳動基本信息JO22241.5kw1410轉/分380V3.49A2、閥及輔助元件選擇閥類元件的選取標準可以根據(jù)以下兩點：閥的最大工作壓力；流經(jīng)閥的最大流量。具體的要求為額定的最大工作壓力和最大流量必須實際工作中的最大壓力和最大流量。當然也不是額定的數(shù)值越大越好，一般不能超過額定值的20%，不然的話會導致壓力損失過大。具體來說，必須綜合各類要求是系統(tǒng)達到最佳的工作狀態(tài)。液壓輔助元件：管路和管接頭：管路要降低系統(tǒng)的壓力損失，管接頭必須保證強度、剛度以及密封性；油箱：油箱的設計必須在滿足存儲油的基礎上充分起到散熱和排除液體中混有的氣體作用。過濾器：過濾器則是要降低油液的污染，使系統(tǒng)正常工作。密封裝置：密封裝置是選擇合適的密封元件防止液壓系統(tǒng)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象導致壓力降低，無法滿足正常的工作要求。蓄能器：由于本設計沒有涉及到蓄能裝置，故不做詳細說明。表7液壓元件的型號及規(guī)格序號名稱通過流量qmax(Lmin-1)型號及規(guī)格1濾油器26.53XLX-06-082單向變量液壓泵24.16PV2R3-763安全閥18.36A21Y-250C/P4卸荷閥25.03YF-B10H25溢流閥15.28DZ-506液控單向閥18.36SV30P(G)A/B7三位五通電磁閥24.16K35HD2-208調速閥24.16MFC-02A-I-209二位二通電磁閥20.0922EF3-E10B10壓力繼電器JCS-02H11進給油缸CL80/20012夾緊油缸CL63/16013壓力繼電器JCS-02H14二位四通電磁閥18.36Q23XD-33、選擇完液壓元件完成之后，接下來的工作是按照液壓原理圖及工件要求的加工順序來確定各液壓元件的動作順序，列表如下：表8液壓元件動作表元件工序YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2原位-（+）-夾緊+-+快進（+）-+-+工進（+）-+-+-+死擋鐵停留（+）-+-+快退（+）-+-+松開-+-4、油管、油路的選擇在液壓系統(tǒng)中，油管的設計標準一般都遵循以下兩種：按照選定的元件的口徑大小確定油管的直徑大?。话凑展苈吩试S的流速來計算管路直徑的大小。本畢業(yè)設計中，管路的內徑可選15mm，外徑可選18mm的紫銅管。5、油箱的選擇在油箱的選擇過程中，一般可以根據(jù)液壓泵的流量來計算油箱的容積。油箱的體積計算公式為：V=(57)qp帶入數(shù)值得：V=5725.17=151.02L表9液壓油箱的公稱容積（GB/T7938-1995）440250630160050006.3633158002000630010100400100031502516050012504000按標準取油箱的容積為：160L2.5液壓系統(tǒng)性能驗算1、計算壓力損失與確定調定壓力由前面的計算可知，系統(tǒng)在慢上時，管內流體的速度為8.310-3ms，流經(jīng)的流量為1.5Lmin，數(shù)值都比較小，主要為壓力損失為調速閥兩端的壓降，這時候的功率損失最大；系統(tǒng)在快下時，整個系統(tǒng)的壓力平衡有背壓閥來平衡，系統(tǒng)工作壓力很低，不用進行驗算；系統(tǒng)在快下時，計算依據(jù)為為卸荷閥和溢流閥的調定壓力，在此過程中，液壓缸的速度為：v1=qpA1=25.1710-36050.2410-4ms=0.083ms=83mms于此同時，系統(tǒng)的進油管的流速為：v=qpA=25.1710-3415210-660ms=2.38ms（1）沿程壓力損失驗算在計算沿程壓力損失之前，先要確定油管中的流態(tài)，本系統(tǒng)使用的是N32型液壓油。當室溫為20，=1.010-4m2s，所以有：Re=vd=2.381510-31.010-4=357總壓力損失為0.213MPa，滿足設計要求?！咀ⅰ坑捎趬毫τ嫇p失算時，壓力損失值沒有高于預定的壓力損失值，故卸荷閥的調定值為2.87MPa。在液壓設計中，溢流閥的壓力調定應高于卸荷閥調定壓力0.30.5MPa，故取溢流閥的調定壓力為3.3MPa。2、系統(tǒng)的升溫與發(fā)熱根據(jù)前面的計算得，快進時電動機的輸入功率為：Pp=ppqpp=2.8710625.1710-3600.75W=1605.29W；工進時電動機輸入功率為：Pp1=pp1qp1p=3.310615.2810-3600.75W=1120.53W；而快進時其有用功率為：P1=2.4710625.1710-360W=1036.17W；工進時的有效功率為103W，實際電機輸入功率為1120.53W，所以工進時的功率損失為：1120.53-103=1017.53W；快進時的有效功率為1036.17W，實際電機輸入功率為1605.29W所以快進時的功率損失為：1605.29-1036.17=569.12W所以選用較大的損失值來校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。設油箱的三個邊長在1：1：11：2：3范圍內，則散熱面積為：A=0.0653V2=0.06531602m2=1.92m2假設通風良好，取h=1510-3kWm2，所以油液的溫升為：t=HhA=0.276751510-31.92=9.61室溫為20，熱平衡溫度為29.6165，沒有超出允許范圍。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文附錄二指令表第三章 PLC控制系統(tǒng)設計本章主要從系統(tǒng)設計結構和硬件設計角度，介紹該項目的PLC控制系統(tǒng)設計步驟、主電路設計等。3.1PLC概述PLC采用一類可編程的存儲器，通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，并用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令。表10 PLC基本信息中文名可編程邏輯控制器外文名Programmable Logic Controller簡稱PLC3.1.1 基本結構PLC實質上是一種硬件結構基本上與微型計算機相同的專用于工業(yè)控制的計算機，基本構分為以下六部分：一、電源因為PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著很重要的作用，如果沒有一個良好而可靠的電源系統(tǒng)PLC是無法正常工作的，所以PLC的制造商對電源的設計和制造也特別的重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。二、中央處理單元(CPU)CPU是控制中樞，它根據(jù)PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查存儲器、電源、警戒定時器以及I/O的狀態(tài)，同時還可診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，PLC通過用掃描的工作方式來接收信息，這些信息是必要輸入設備中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，然后將掃描的結果存放進待處理區(qū)（I/O映象區(qū)），之后PC端利用計算機語言從用戶程序中讀取數(shù)據(jù)，然后再按解釋后的命令指令將處理的用戶數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)寄存器內。在上述工作完成后，待處理區(qū)（I/O映象區(qū)）就會將數(shù)據(jù)寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應必要的輸出裝置，照此循環(huán)，直到工作全部完成之后停止。提高設備的可靠性是老生常談的一項指標，提高PLC可靠性就是不避免的任務，例如：對于大型PLC來說，我們可以采用雙CPU組成的冗余系統(tǒng)，也可以采用三CPU組成的表決式系統(tǒng)。這樣做的目的的是若一個CPU不工作了，整個設備可以用好的CPU系統(tǒng)工作。三、存儲器系統(tǒng)程序存儲器為存放系統(tǒng)軟件的存儲器。用戶程序存儲器為存放應用軟件的存儲器。四、輸入輸出接口電路1、微機的輸入接口電路和光耦合電路組成了現(xiàn)場輸入接口電路，它是現(xiàn)場控制的接口界面與可編程邏輯控制器的輸入通道。2、選通電路、輸出數(shù)據(jù)寄存器和中斷請求電路組成了現(xiàn)場輸出接口電路，使可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。五、功能模塊有計數(shù)功能模塊，定位功能模塊等。六、通信模塊3.1.2 功能特點1、使用方便，編程簡單只需利用簡單明了的語句表、梯形圖或邏輯圖等編程語言，而無需計算機知識，因而現(xiàn)場調試容易，系統(tǒng)開發(fā)的周期短。此外還可以在線修改程序，改變控制方案而不拆