2023Z32K型搖臂鉆床變速箱設(shè)計（全文）

Z32K型搖臂鉆床變速箱設(shè)計4篇

2.3.1主運動掌握

按下起動按鈕開關(guān)SB2，接觸器KM1得電并自鎖，主軸電動機M1起動并運轉(zhuǎn)。按下停頓按鈕開關(guān)SB1，接觸器KM1釋放，主軸電動機M1停轉(zhuǎn)。

2.3.2搖臂上升或下降掌握

按下上升（或下降）按鈕開關(guān)SB3（或SB4），時間繼電器KT得電，KT觸頭（14-15）閉合使接觸器KM4得電，同時常開觸頭KM4（1-18）閉合，電磁閥YV得電，液壓泵電動機M3接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供應壓力油，壓力油經(jīng)二位六通閥進入搖臂松開油腔，壓力油作用下，先推動活塞，通過活塞推動菱形塊，進而使搖臂松開。待搖臂完全松開后，活塞缸中的活塞桿壓下行程開關(guān)SQ2，使其常閉觸點SQ2（7－14）斷開，KM4線圈失電，電磁閥YV失電，電動機M3停頓工作，同時，常開觸點SQ2（8-9）閉合，接觸器KM2（或KM3）線圈通電吸合，搖臂升降電動機M2啟動正向旋轉(zhuǎn)，使搖臂上升（下降）。

當搖臂上升（或下降）到預定工作位置時，松開上升（或下降）按鈕開關(guān)SB3(或SB4)，則KT、KM2(或KM3)線圈斷電，升降電動機M2停頓轉(zhuǎn)動。經(jīng)延時，延時斷電常閉按鈕KT（18-19）閉合，KM5線圈得電，同時電磁閥YV得電，使液壓泵電機M3反向旋轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)另一條油路流入二位六通閥，進入搖臂夾緊油腔，反向推動活塞，在通過活塞推動菱形塊，進而使搖臂夾緊。待搖臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關(guān)SQ3，使常閉觸點SQ3斷開，KM5線圈失電，電磁閥YV失電，液壓泵電動機M3停頓工作，電磁閥YV復位。由于搖臂升降電洞機M3有肯定的慣性，時間繼電器的延時觸頭用來保證升降電機完全停轉(zhuǎn)之后才夾緊。延時的時間視狀況而定，一般在1-3秒，同時需要過載愛護，過載愛護由熱繼電器FR2完成[11]。

行程開關(guān)SQ1、SQ6用作上升和下降極限位置愛護。若上升到極限位置，常閉觸點SQ1斷開,此時，可用SB4按鈕使搖臂下降。若下降到極限位置，常閉行程開關(guān)SQ6斷開，此時可用SB3按鈕使搖臂上升。

2.3.3主軸箱和立柱的松開及夾緊掌握

立柱與主軸箱均采納液壓操縱夾緊與放松，兩者同時進展的，工作時要求電磁閥YV不通電。松開與夾緊分別由按鈕開關(guān)SB5和按鈕開關(guān)SB6掌握。指示燈HL1、HL2指示其動作。

按下按鈕開關(guān)SB5時，KM4線圈通電，M3正向旋轉(zhuǎn)，此時YV沒有的作用，當液壓泵送出壓力油，壓力油通過二位六通閥進入立柱與主軸箱松開油腔，先推動活塞干，在通過活塞桿推動菱形塊使主軸箱和立柱同時松開。當立柱和主軸箱同時松開后，行程開關(guān)SQ4不受壓復位，常閉觸頭SQ4閉合，指示燈HL1亮，說明立柱與主軸箱已經(jīng)松開。可以在搖臂上移動主軸箱，當移動到預定位置時，按下夾緊按鈕開關(guān)SB6時，KM5線圈通電，M3電機反向旋轉(zhuǎn)，液壓泵供應壓力油進入夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經(jīng)夾緊，壓下行程開關(guān)SQ4，常閉觸頭SQ4斷開，HL1燈滅，常開觸頭SQ4閉合，HL2燈亮，表示立柱和主軸箱都已經(jīng)夾緊。同時需要過載愛護，過載愛護由熱繼電器FR3完成[11]。

2.3.4掌握電路愛護

行程開關(guān)SQ1和SQ6實現(xiàn)搖臂上升和下降的限位愛護。行程開關(guān)SQ2被壓下表示搖臂松開到位，可以實現(xiàn)上升和下降。行程開關(guān)SQ3被壓下表示搖臂完全夾緊，液壓泵電動機M3停頓運轉(zhuǎn)。斷電延時繼電器KT作用是防止搖臂由于慣性還在上升（或下降）時就將其夾緊。M2電動機正反轉(zhuǎn)具有電氣互鎖，M3電動機正反轉(zhuǎn)具有電氣互鎖。電磁閥YV線圈電路中串接按鈕開關(guān)SB5和SB6的常閉觸頭，保證立柱與主軸箱松開、夾緊操作時，壓力油只進入立柱主軸箱夾緊油腔而不進入搖臂夾緊油腔。

熔斷器FU0-FU5實現(xiàn)電路的短路愛護。熱繼電器FR1、FR2、FR3為電動機M1、M2、M3實現(xiàn)過載愛護。

2.4Z3040搖臂鉆床信號和照明電路的分析

EL是機床照明燈，接有24V安全電壓，由SA2手動開關(guān)掌握。HL1是主軸與立柱松開指示燈，燈亮表示已經(jīng)松開，可以手動移動搖臂或者主軸箱的移動。

HL2是主軸與立柱夾緊指示燈，燈亮表示已經(jīng)夾緊，可以進展加工。HL3為主軸旋轉(zhuǎn)指示燈。

3Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計

在對搖臂鉆床的掌握分析過后，對于Z3040搖臂鉆床電氣掌握系統(tǒng)PLC改造，應先對于PLC的構(gòu)造、功能和特點等進展介紹。PLC改造的方案設(shè)計局部有兩局部組成，一局部為電氣掌握系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計（PLC機型確實定、I/O端口地址確實定和接線圖的設(shè)計）；

其次局部是電氣掌握系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計（PLC掌握程序梯形圖的繪制、程序指令編寫和系統(tǒng)程序仿真）。PLC硬件設(shè)計詳細方案如下：

3.1PLC的簡介

可編程規(guī)律掌握器(ProgrammableLogicController,PLC)是以微處理為根底，綜合計算機技術(shù)、自動掌握技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而進展起來的一種新型工業(yè)自動掌握裝置，是將計算機技術(shù)應用于工業(yè)掌握領(lǐng)域的新產(chǎn)品。早期的可編程掌握器主要用來代替繼電器實現(xiàn)規(guī)律掌握，因此稱為可編程規(guī)律掌握器，簡稱PLC，隨著技術(shù)的進展，現(xiàn)代的PLC的功能已經(jīng)超越了規(guī)律掌握的范圍，PLC從誕生至今，僅有40余年的歷史，但是得到了特別迅猛的進展，并曰CAD/CAM、機器人技術(shù)一起被譽為當代工業(yè)自動化的三大支柱之一[6]。

PLC是一種專用于工業(yè)掌握的計算機，其硬件構(gòu)造根本上與微型計算機一樣，根本構(gòu)成為：電源、中心處理單元(CPU)、存儲器和輸入輸出模塊。詳細構(gòu)造如圖3.1

3.1圖PLC構(gòu)造圖

PLC工作方式是周期掃描的工作方式，一個掃描周期主要可分為3個階段輸入采樣階段、在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。PLC的根本技術(shù)指標主要由存儲容量、掃描速度、I/O點數(shù)和編程語言四局部構(gòu)成。同時PLC具有功能完善、模塊化構(gòu)造、硬件和軟件開發(fā)周期短、維護操作便利、擴展簡單性能穩(wěn)定和牢靠性高等特點。由于具有諸多優(yōu)勢PLC在國內(nèi)外已廣泛用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力，機械制造、汽車裝卸、造紙、紡織、環(huán)保及消遣等各行各業(yè)

3.2PLC的選型

目前PLC市場不管在國內(nèi)還是國外都特別熾熱，市場上PLC種類也許多，具有很強競爭力的有三菱公司、西門子公司、歐姆龍公司。這些公司產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品效勞都屬于一流，同樣產(chǎn)品種類也很齊全（三菱公司的產(chǎn)品有FX系列、A系列、ANS系列、Q系列、QNA系列等西門子公司的產(chǎn)品有S7-200、S7-300、S7-400）。本課題PLC選型主要從PLC的物理硬件構(gòu)造、PLC的輸入輸出點數(shù)和PLC的存儲容量3種條件進展選取。

（1）PLC的物理硬件構(gòu)造

依據(jù)物理硬件構(gòu)造的不同，PLC分為整體式、插件式和疊裝式。整體式的較其他兩種構(gòu)造相對廉價，小型電氣掌握系統(tǒng)一般使用整體式可編程掌握器。此次所設(shè)計的電氣掌握系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣掌握系統(tǒng)沒有特別的掌握任務(wù)，整體式PLC完全可以滿意掌握要求。因此，Z3040搖臂鉆床電氣掌握系統(tǒng)的PLC選用整體式構(gòu)造的PLC[8]。

（2）PLC的輸入和輸出點數(shù)

在對其改造中在條件允許的狀況下盡可能利用原有電器元件，最大程度利用資源。通過對原有電路來確定輸入點數(shù)，其中：按鈕6個，行程開關(guān)6個，熱繼電器常閉3個，共15個輸入端口點數(shù)，所以PLC的輸入點數(shù)必需大于15個；

接觸器6個，信號燈3個，共計9個輸出端口點數(shù)，所以PLC的輸出點數(shù)必需大于9個，一般狀況下還要保存10%-15%的裕量。

（3）PLC的存儲容量

選擇PLC存儲器容量要有25%左右裕量，PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關(guān)量輸入和輸出點數(shù)乘以8，就是所需PLC存儲器的存儲容量（單位為bit）即

（15+9）×8=192bit

依據(jù)上述3種選取的原則，綜合選取三菱公司的FX2N系列，F(xiàn)X2N是FX系列中規(guī)格最大、性能最高、功能最強的一種系列，可用于大多數(shù)單機掌握或網(wǎng)絡(luò)掌握，具有CPU運算速度很快、I/O擴展簡單、編程功能與網(wǎng)絡(luò)通信都很強等特點。

Z3040鉆床掌握系統(tǒng)為繼電器輸出，輸入和輸出點數(shù)分別為15個和9個，在選擇FX2N系列PLC根本單元規(guī)格時，選擇24點輸入/24點繼電器輸出，溝通電源型PLC根本單元，根本單元詳細型號參數(shù)為FX2N-48MR-001。其中48表示24輸入和24個輸入；

M為根本單元的符號；

R為繼電器輸入；

001代表溝通供電。FX2N的詳細性能規(guī)格如下表（表3.1）。

表3.1FX2N性能規(guī)格表[10]

工程

性能

編程語言

指令表、梯形圖、步進梯形圖（SFC圖）

用戶存儲器容量

內(nèi)置EEPROM：8K步;存儲器盒：16K步

根本規(guī)律掌握指令

順控指令：27條；

步進梯形圖指令:2條

應用指令

132種，309條

指令處理速度

根本規(guī)律掌握指令：每條0.08US

I/O點數(shù)

最大I/O點數(shù)：256

幫助繼電器

一般用

MO~M383，共500點

保持型

M384~M1535，共2572點

特別用

M8000~M8255,共256

狀態(tài)元件

初始狀態(tài)

S0~S9，共10點

一般狀態(tài)

S10~S499，共490點

保存區(qū)域

S500~S899，共400點

定時器

100MS

TO~T199，T250~T255，共206點

10MS

T200~T245,共46點

1MS

T246~249,共4個點

計數(shù)器

16位通用

C0~C99，共100點

16位保持

C100~C199，共100點

32位通用

C200~C219，共20點

32位保持

C220~C234，共15點

32位高速

C235~C255,可使用8點

數(shù)據(jù)存放器

16位通用

D0~D199,共200點

16位保持

D200~D7999，共7800點

文件存放器

D1000~D7999，共7000點

16位特別

D8000~D8195，共106點

16位變止

V0~V7，Z0~Z7，共16點

指針

跳轉(zhuǎn)用

P0~P127，共128點

嵌套

主控用

NO~N7，共8點

常數(shù)

16位：-32758~+32767:；

32位-2147483648~+2147483647

16位：0~FFFF;32位0~FFFFFFFF

3.3PLC輸入與輸出端口地址的安排

當確定選取的型號之后，依據(jù)Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)原理圖，進展I/O點的端口安排，表3.2是I/O地址安排表。

表中輸入端有15個輸入端口，由有6個按鈕開關(guān)、5個行程按鈕和3個熱繼電器開關(guān)共同組成；

輸出端有9個輸出端口，由5個繼電器-接觸器、一個電磁閥線圈和3個指示燈共同組成。詳細PLC輸入與輸出見I/O地址安排表（表3.2）。

表3.2I/O(輸入、輸出）地址安排表

序號

I（輸入）

O（輸出）

1

SB1

X000

KM1

Y000

2

SB2

X001

KM2

Y001

3

SB3

X002

KM3

Y002

4

SB4

X003

KM4

Y003

5

SB5

X004

KM5

Y004

6

SB6

X005

YA

Y005

7

SQ1

X006

HL1

Y006

8

SQ2

X007

HL2

Y007

9

SQ3

X010

HL3

Y010

10

SQ4

X011

11

SQ5

X012

12

SQ6

X013

13

FR1

X014

14

FR2

X015

15

FR3

X016

3.4PLC電氣接線圖設(shè)計

當對Z3040搖臂鉆床電氣掌握系統(tǒng)I/O端口地址安排之后，接下來進展電氣接線圖的設(shè)計。

開關(guān)量輸入輸出模塊的外部接線分為匯點式和分別式兩種，匯點式各輸入輸出回路有一個公共端，并共用一個電源。分別式各輸入輸出回路有多個接線端，并由單獨電源供電，每個點之間是相互獨立的。由于輸入端有15個輸入點數(shù)，并且輸入電壓較低，所采納匯點式直流模塊；

輸出端有9個輸出點數(shù)，但要求的電壓較高，所采納分別式輸出，采納3個COM輸出。輸入端或輸出端有感性元件，應在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，以仰止電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響。續(xù)流二極管可以選用1A的管子，其額定電壓應大于電壓電壓的3倍。詳細的接線圖3.2。

圖3.2硬件接線圖

4Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計

對Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計時，提到本設(shè)計的方案由兩局部組成，一局部為硬件設(shè)計，那另一局部為軟件設(shè)計。本章節(jié)主要對于軟件設(shè)計的分類、掌握系統(tǒng)梯形圖設(shè)計和程序的仿真。

4.1PLC軟件設(shè)計方法的分類

PLC軟件設(shè)計分為繼電器梯形圖、規(guī)律功能圖、功能流程圖、規(guī)律代數(shù)表達式和指令程序指令表五種表達方式。

（1）繼電器梯形圖

繼電器表達方式與傳統(tǒng)的繼電器電路圖特別相像，對于廣闊電氣技術(shù)人員及操作維護人員來說特別直觀、形象，并且能更快、更好的承受。

梯形圖按自上而下，從左到右的順當排列。每個繼電器線圈為一個規(guī)律行，即一層階梯，每個規(guī)律行起于左母線，然后是觸點的各項各種連接，最終終止于繼電器線圈（通常加上一條右母線），整個圖形呈階梯狀。梯形圖是形象化的編程手段，因而梯形圖中沒有真實的物理電流，而只有“概念”電流只能從左到右流淌，層次的轉(zhuǎn)變只能先上后下。

（2）規(guī)律功能圖

規(guī)律功能圖根本上沿用了半導體規(guī)律電路的規(guī)律圖來表達。這種方式易于描述較為簡單的掌握功能。它表達直觀，查錯查漏都比擬簡單，因此，它就編程時常使用的一種方式，但它必需采納帶有顯示屏的編程器才能描述。

（3）功能流程圖

功能流程圖類似于計算機常用的程序框圖，但它有自己規(guī)章。描述掌握過程詳盡詳細，包括每框前的輸入信號，框內(nèi)的工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)，框與框之間的轉(zhuǎn)換條件。這種方式簡單構(gòu)思，是一種常用的程序表達方式。

（4）規(guī)律代數(shù)表達式

可以對前兩種方式寫出輸出信號和中間變量的規(guī)律表達式。這是一種幫助的程序設(shè)計方式。

（5）指令語言程序

指令語句程序利用類似于匯編語言的指令語句來編程。這對熟識微機匯編語言的編程者特殊簡單承受。編程設(shè)備簡潔，通常都預先用以上幾種方式表達，然后改成相應的語句[11]。

PLC軟件設(shè)計運用的表達方式，通常都是以上幾種表達方式的組合，從而到達最好設(shè)計效果。

4.2掌握系統(tǒng)梯形圖設(shè)計

為了使Z3040搖臂鉆床在進展電氣掌握系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC的搖臂鉆床電氣掌握系統(tǒng)的PLC程序應由電氣掌握系統(tǒng)預開程序、主電動機的起動和停頓掌握程序、搖臂升降掌握程序即升降電動機的正反轉(zhuǎn)掌握程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊掌握程序即液壓泵電動機的正反轉(zhuǎn)程序、信號的顯示程序、照明掌握程序等局部組成。繪制梯形圖用是GXdeveloper7.0軟件，該產(chǎn)品同樣是三菱開發(fā)的軟件。

4.2.1主軸電動機掌握梯形圖

主軸電動機只需要單方向旋轉(zhuǎn)，按鈕開關(guān)SB1(即X001)為起動按鈕，啟動后KM1(Y000)線圈得電，主電動機正轉(zhuǎn)，同時KM1實現(xiàn)自鎖，SB2(即X000)為停頓按鈕，過載愛護由熱繼電器FR1(即X014)完成。梯形圖程序如圖4.1所示。

圖4.1主軸電動機M1掌握梯形圖

4.2.2搖臂升降掌握梯形圖

搖臂升降掌握程序按下上升按鈕開關(guān)SB3（即X002）或SB4(即X003)，中間繼電器M100或M101得電，同時置位元件SET使中間繼電器M20或M21置位，由于M100或M101得電，即瞬動常開觸頭KT，線圈KM4(即Y003)得電，同時常開觸點KM4（1-18）得電閉合，電磁閥YV(即Y005)通電，液壓泵電動機M3接通電源正轉(zhuǎn)。當搖臂完全松開后，SQ3（X010）恢復常態(tài)閉合，活塞缸中的活塞桿壓下行程開關(guān)SQ2(即X007)，其常閉觸點SQ2斷開，使接觸器KM4（Y003）線圈失電，液壓泵電動機M3停頓工作，同時常開觸點SQ2閉合，接觸器KM2（即Y001）或KM3(即Y002)線圈得電，升降電動機M2接通電源正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，使搖臂上升或下降。待搖臂上升或下降到相應預定位置，松開按鈕開關(guān)SB3或SB4，KM2或KM3線圈斷電，但此時電動機還有慣性作用，還在連續(xù)上升，所以必需在搖臂上升或下降停頓以后才能夾緊，緩沖的時間需要3秒左右。在SB3或SB4松開之后，計數(shù)器T0或者T1開頭計時，計數(shù)到30也是3秒時，T0或T1的常開開關(guān)閉合，KM5(即Y004)線圈得電，電磁閥YV得電，液壓泵電機M3接通電源反轉(zhuǎn)。搖臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關(guān)SQ3(X010)，使常閉觸點SQ3斷開，KM5和YV失電，液壓泵M3斷電停頓工作，電磁閥YV復位，同時復位元件RST使M20或M21復位。同時需要過載愛護，過載愛護由熱繼電器FR2(即X016)完成。升降運動詳細工作流程如功能流程圖4.2和圖4.3，搖臂升降梯形圖程序如圖4.4所示。

圖4.2搖臂上升功能流程圖

圖4.3搖臂下降功能流程圖

圖4.4搖臂升降掌握梯形圖

4.2.3主軸箱和立柱松開、夾緊梯形圖

立柱與主軸箱均采納液壓操縱夾緊與放松，兩者同時進展的。松開與夾緊分別由松開按鈕開關(guān)SB5（即X004）和夾緊按鈕開關(guān)SB6(X005)掌握。按下按鈕SB5開關(guān)時，KM4線圈通電，液壓泵M3電機正轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱松開。當立柱與主軸箱松開后，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動。當移動到位，按下夾緊按鈕開關(guān)SB6時，KM5線圈通電，液壓泵M3電機反轉(zhuǎn)，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經(jīng)夾緊，可以進展鉆削加工,同時需要過載愛護，過載愛護由熱繼電器FR3(X017)完成。梯形圖程序如圖4.5所示。

圖4.5主軸箱和立柱松開、夾緊梯形圖

4.2.4信號指示梯形圖

HL1(即Y006)是主軸與立柱松開指示燈，通過的常閉行程開關(guān)掌握，燈亮表示已經(jīng)松開，可以手動移動搖臂或者推動搖臂回轉(zhuǎn)。HL2(即Y007)是主軸與立柱夾緊指示燈，通過的常開行程開關(guān)掌握，燈亮表示已經(jīng)夾緊，可以進展加工。HL3(即Y010)是主軸旋轉(zhuǎn)示燈，通過線圈KM1(Y000)掌握，燈亮表示主軸開頭旋轉(zhuǎn)。梯形圖如4.6所示。

圖4.6信號指示梯形圖

4.2.5搖臂鉆床掌握系統(tǒng)梯形圖

上述四個掌握系統(tǒng)圖分別是主軸電動機M1掌握梯形圖、搖臂升降掌握梯形圖、主軸箱和立柱松開和夾緊梯形圖信號指示梯形圖。四個掌握單元一起相互組合、相互作用構(gòu)成了Z3040搖臂鉆床的掌握程序，使其搖臂鉆床完成各種加工任務(wù)。圖4.7是Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)的梯形圖。

圖4.7搖臂鉆床掌握系統(tǒng)梯形圖

4.3掌握系統(tǒng)語句表

PLC的指令語句程序是利用類似于匯編語言的指令語句來編程，編程簡潔易懂，對于編程者特殊簡單承受。通過設(shè)計出梯形圖（圖4.7）得出掌握系統(tǒng)程序語句表。

4.4掌握系統(tǒng)仿真

對梯形圖設(shè)計完之后，通過三菱GTdesign軟件設(shè)計出搖臂鉆床的仿真界面，把輸入輸出端口與相對應按鈕和接觸器聯(lián)系起來。仿真界面設(shè)計完成之后，在從GXDeveloper軟件中調(diào)出梯形圖，并點擊規(guī)律測試，然后翻開GTsimulator軟件調(diào)出開頭設(shè)計的界面，此時就進入進展仿真界面?？梢阅M搖臂鉆床電機得電旋轉(zhuǎn)狀況。以下詳細介紹對Z3040搖臂鉆床幾種運動方式的仿真。

4.4.1主電動機的仿真

對于主電動機的仿真，當按下啟動按鈕SB2，主電機M1立刻得電，并且由于自鎖的作用，主電動機始終得電，主電機開頭旋轉(zhuǎn)，主電機旋轉(zhuǎn)按鈕燈也亮起（如圖4.8）。

圖4.8主電動機仿真圖

4.4.2搖臂上升和下降的仿真

搖臂上升或下降時，始終先按下SB3或SB4，讓中間繼電器得電，進而液壓泵電機正轉(zhuǎn)和電磁閥YV得電，從而使搖臂首先松開（如圖4.9）。

圖4.9搖臂夾緊仿真圖

當搖臂完全松開之后，液壓泵電動機和電磁閥失電，始終按下SB3或SB4搖臂升降電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，搖臂上升或下降，下列圖為搖臂上升圖（如圖4-10）。

圖4.10搖臂上升仿真圖

當搖臂上升或者下降到預定位置的時候，松開SB3（或SB4），這時由于搖臂有慣性作用，仍舊還在上升。當延時3秒之后，液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，同時電磁閥YV得電，這里搖臂夾緊，當夾緊到之后，行程開關(guān)常閉行程開關(guān)SQ3壓下，液壓泵電機停頓轉(zhuǎn)動和電磁閥YV失電（如圖4-11）。

圖4.11搖臂夾緊仿真圖

4.4.3主軸和立柱夾緊與放松仿真

當主軸和立柱需要松開的時候，按下SB5，液壓泵電動機正轉(zhuǎn)，同時電磁閥YV不能得電（如圖4.14）。

圖4.12主軸和立柱松開仿真圖

當主軸和立柱需要夾緊的時候，按下SB6，液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，同時電磁閥YV不能得電（如圖4.13）。

圖4.13主軸和立柱夾緊仿真圖

5主要電氣元件及選擇

Z3040搖臂鉆床額定工作電壓為380V，主電動機M1功率為3KW，搖臂升降電動機M2功率為1.5KW，液壓泵電動機M3功率為0.75KW，冷卻電動機M4功率為90W。搖臂鉆床主要有低壓電路器、接觸器、繼電器和熔斷器和開關(guān)按鈕等電氣元件。

5.1低壓斷路器

低壓斷路器又稱為自動空氣開關(guān)，它相當于刀閘開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合體，是一種自動切斷電路故障用的愛護電器。低壓斷路器具有萬能式低壓斷路器、裝置式斷路器、快速斷路器和限流斷路器四種形式。

5.1.1低壓斷路器的選擇原則

(1）低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設(shè)備正常的工作電壓和工作電流。

（2）低壓斷路器的極限通斷力量應大于或等于電路最大短路電流。

（3）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。

（4）過電流脫扣器額定電流大于或等于線路的最大負載電流。

（5）斷路器類型的選擇，應依據(jù)電路的額定電流及愛護的要求開選用[16]。

5.1.2低壓斷路器的選擇

依據(jù)以上選擇原則，分別求出4臺電動機的額定電流，從而得出負載的工作電流（既為4臺電動機的額定電流之和）。

主電動機的額定電流為：

式（5.1）

式中：PN－電動機功率（kW）。

UN－電動機額定線電壓（V）

－電動機功率因數(shù)，其值大約在0.85～0.9之間。

η－電動機的效率，其值一般在0.8～0.9之間。

功率因素選擇取0.85，電動機效率η取0.82

同理得出搖臂升降電動機額定電流I2N的額定電流為為3.26A，液壓泵電動機額定電流I3N為1.63A，冷卻電動機額定電流I4N為0.20A。

式（5.2）

應選擇DZ40-40/2901，16A型低壓斷路器。

5.2接觸器

接觸器是用來接通或斷開電動機或其他負載主電路的一種掌握元件。它是利用電磁力使開關(guān)或閉合的電器，適用于頻繁操作（頻率大于每小時1500次）的遠距離掌握大電流電路。依據(jù)主觸點所接回路的電流種類，接觸器分為直流接觸器分為直流接觸器和溝通接觸器兩種。

5.2.2接觸器的選擇原則

為了保證系統(tǒng)的正常工作，必需依據(jù)以下原則正確選擇接觸器，使接觸器的技術(shù)參數(shù)滿意掌握線路的要求。

（1）接觸器的類型應依據(jù)電路中負載電流的種類來選擇。即溝通負載應選用溝通接觸器，直流負載應選用直流接觸器。

依據(jù)使用類別選用相應系列產(chǎn)品，接觸器產(chǎn)品系列是按使用類別設(shè)計的，所以應依據(jù)接觸器負擔的工作任務(wù)來選擇相應的使用類別。若電動機承受一般任務(wù)，其接觸器可選AC-3類；

若擔當重任務(wù)可選用AC-4類，如選用AC-3類用于重任務(wù)時，應降低容量使用。

（2）接觸器的額定電壓大于等于主電路的額定電壓。

（3）按接觸器設(shè)計時規(guī)定的使用類別使用時，接觸器的額定電流應等于或稍大于負載額定電流；

按任務(wù)使用類別設(shè)計的接觸器，用于重任務(wù)使用類別時，應降低容量使用；

用于反復短時工作制的接觸器，其額定電流應大于負載的等效發(fā)熱電流。

（4）接觸器線圈的額定電壓必需與接入此線圈的掌握電路的額定電壓相等[16]。

5.2.2接觸器的選擇

（1）接觸器KM1的選擇

主軸電動機不需要承受過大的負載任務(wù)，只需要起動、停頓的掌握。因此選擇AC3類接觸器；

主電動機M1額定電流I1N為6.5A主電動機的功率為3KW，考慮到留有肯定余量應選CJ10-10型，線圈電壓110V。

（2）其他接觸器的選擇

由于其他電動機的負載任務(wù)都不重，所以都選擇AC類接觸器。升降電動機的額定電流為3.26A，功率為1.5KW，接觸器KM2選擇CJ10-10線圈電壓110V，同樣接觸器KM3選擇CJ10-10線圈電壓110V。液壓泵電動機的額定電流為1.63A，功率為0.75KW，接觸器KM4選擇CJ10-5線圈電壓110V，接觸器KM5選擇CJ10-5線圈電壓110V。

5.3熱繼電器

熱繼電器在三相溝通電流中做過載愛護，電動機在實際運行時會消失過載的時候，只要過載并不嚴峻，時間較短，繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的，但是不允許長時間的過載，這種狀況會加速電機的老化，燒毀繞組。所以在發(fā)揮電動機的過載力量時還是必需設(shè)置過載愛護。

5.3.1熱繼電器選用原則

熱繼電器選用是否得當，直接影響著對電動機進展過載愛護的牢靠性。通常選用時應按電動機類型、工作環(huán)境、啟動狀況等幾方面綜合加以考慮。

電動機的額定電流必需小于熱繼電器的額定電流，然后依據(jù)額定電流對熱繼電器的型號進展選擇。

式（5.3）

式中：IFRN－熱繼電器熱元件的整定電流；

IMN－電動機額定電流；

在不頻繁啟動場合，要保證熱繼電器在電動機的啟動過程中不產(chǎn)生誤操作。通常，當電動機啟動電流為額定電流6倍以及啟動時間不超過6s時，若很少連續(xù)啟動，選擇熱繼電器時根據(jù)電動機的額定電流[16]。

5.3.2熱繼電器的選擇

（1）主軸電動機熱繼電器FR1的選擇。

由于熱繼電器額定電流為電動機額定電流的0.95～1.05倍，考慮到倍數(shù)變化的幅度不是很大，這里倍數(shù)選取1。

式（5.4）

應選用熱繼電器的FR1型號為JR0-40，熱元件額定電流調(diào)整范圍6.4A～10A，額定電流取6.5A。

（2）搖臂升降電動機熱繼電器FR2的選擇

式（5.5）

應選用熱繼電器FR2的型號為JR0-40，熱元件額定電流調(diào)整范圍2.5A～4A，額定電流取3.26A。

（3）液壓泵電動機熱繼電器FR3的選擇

式（5.6）

應選用熱繼電器FR3的型號為JR0-40，熱元件額定電流1.6A～2.5A，取1.63A。

5.4時間繼電器

時間繼電器的指從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開頭，經(jīng)過一段時間才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器。時間繼電器的種類有許多，常用的有電磁式、空氣阻尼式和晶體式等。下面重點介紹常用的電磁式時間繼電器、空氣阻尼式時間繼電器和晶體式時間繼電器。

5.4.1時間繼電器的選擇原則

（1）時間繼電器的類型應依據(jù)電路中負載電流的種類來選擇。即溝通負載應選用溝通溝通時間繼電器，直流負載應選用直流時間繼電器。

（2）時間繼電器額定電壓大于等于主電路的額定電壓。

（3）時間繼電器額定電流應等于或稍大于負載額定電流；

（4）時間繼電器線圈的額定電壓必需與接入此線圈的掌握電路的額定電壓相等[16]。

5.4.2時間繼電器的選擇

由于主電路為380V溝通電源，掌握電路吸引線圈電壓為110V，所以時間繼電器KT選擇溝通LS7-3A型空氣阻尼式時間繼電器，110V吸引電壓，觸點額定電流為5A。

5.5熔斷器

熔斷器又稱保險絲（或保險絲），主要用于供電線路和電氣設(shè)備的短路愛護。它的有點是體積小、動作快、簡直經(jīng)濟，并且有限短路電流的作用。它的缺點是易受到四周溫度的影響，工作不夠穩(wěn)定，簡單在正常工作時發(fā)生一相熔斷，造成電動機單相運動，使電動機燒毀。

5.5.1熔斷器的選擇原則

（1）熔斷器的類型應依據(jù)線路的要求、使用場合幾安裝條件進展選擇。

（2）熔斷器的額定電壓必需等于或高于熔斷器工作點的電壓。

（3）熔斷器的額定電流依據(jù)被愛護的電路（支路）及設(shè)備的額定負載電流選擇。熔斷器的額定電流必需等于或高于所裝熔體的額定電流。

（4）熔斷器的額定分斷力量必需大于電路中可能消失的最大故障電流。

（5）熔斷器所裝熔體額定電流的選擇：

對于照明線路等沒有沖擊電流的負載，應使熔體的額定電流等于或稍大于電路的電流，既IFU≥IN，式中IFU為熔體的額定電流，IN為電路的工作電流。

對于單電動機類負載，要考慮起動沖擊電流的影響，應按下式計算

式（5.7）

對于多電機負載，依據(jù)電氣元器件選型原則可知，多臺長期工作的電動機共用熔斷器時，熔斷器的額定電流應為：

式（5.8）

式中—熔體額定電流；

—電動機額定電流；

—容量最大的電動機的額定電流；

—除容量最大的電動機之外，其余電動機的額定電流之和

5.5.2熔斷器的選擇

由于Z3040搖臂鉆床啟動時屬于輕載啟動且啟動時間比擬短，所以系數(shù)取2則依據(jù)以上公式熔斷器FU0額定電流：

式（5.9）

考慮到用于愛護多臺電動機的熔斷器，在消失尖峰電流時也不應熔斷，為了安全起見通常實際上選用的熔斷器的額定電流要比計算出來的值稍大，所以本次設(shè)計總電源熔斷器型號為RL1-60，熔體額定電流選用25A的。

同理得出熔斷器FU1的熔體額定電流為A，所以選擇熔斷器的型號為RL15，熔體額定電流為10A。其余熔斷器型號見表6.1所示。

5.6主令電器

主令電器是用來公布命令、轉(zhuǎn)變掌握系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器，用以掌握電力拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、制動以及調(diào)速等。主令電器科直接作用于掌握電路。也可以通過電磁式電器直接作用于掌握電路。其主要類型有按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令掌握器、腳踏開關(guān)等。

5.6.1按鈕開關(guān)的選擇

掌握按鈕簡稱按鈕，是一種構(gòu)造簡潔使用廣泛的手動主令電器，在掌握電路中作為遠距離手動掌握電磁式電器，也可以用來轉(zhuǎn)換各種信號電路和電器連鎖電路等[16]。

按鈕開關(guān)的工作原理很簡直，當按下按鈕時，先斷開常閉觸點，而后接通常開觸點。按鈕釋放后，在復位彈簧作用下使觸點復位。按鈕開關(guān)的種類許多，有LA2、LA18、LA19、LA20、LA25等系列，同時每種系列開關(guān)都具有不同的顏色，可以區(qū)分不同功能的開關(guān)。

本設(shè)計選擇LA19系列，LA19系列為按鈕開關(guān)與信號燈的組合，按鈕開關(guān)與信號燈的組合，按鈕兼作信號燈燈罩，用透亮塑料制成。

5.6.2行程開關(guān)的選擇

行程開關(guān)用于掌握運動機構(gòu)的行程、信號轉(zhuǎn)換、連鎖等，主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以掌握其運動方向或行程長短。行程開關(guān)也稱位置開關(guān)。

行程開關(guān)從構(gòu)造形式上分為直動式、滾動式和微動式三種，常用的直動式行程開關(guān)有LX1系類和JLXK1系列；

滾動式行程開關(guān)有LX2系列和JLXK2系類；

微動式行程開關(guān)有LXW-11系列和JLXK1-11系列[16]。

本設(shè)計選擇JLXK1系列，JLXK1系列額定電壓為500V，額定電流為5A，觸點數(shù)量分別由一個常開和常閉。

除了上述電氣元件之外，還有轉(zhuǎn)換開關(guān)、變壓器、指示燈等其他電氣元件(如表6-1)。

下表為Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)電氣元件表。

表6.1電氣元件表

符號

名稱

型號規(guī)格

用途

數(shù)量

M1

電動機

Y100L2-3.0kW

驅(qū)動主軸及進給

1

M2

電動機

Y90L-41.5kW

驅(qū)動搖臂升降

1

M3

電動機

Y802-40.75kW

搖臂、立柱和主軸箱松開、夾緊

1

M4

電動機

AOB-2590W

驅(qū)動冷卻泵

1

QF

低壓斷路器

DZ40-40/2901

總電源輸入

1

KM1

接觸器

CJ10-10型，線圈電壓110V

主軸電動機啟、停

1

KM2

接觸器

CJ10-10型，線圈電壓110V

搖臂升降電動機正轉(zhuǎn)

1

KM3

接觸器

CJ10-10型，線圈電壓110V

搖臂升降電動機反轉(zhuǎn)

1

KM4

接觸器

CJ10-5型，線圈電壓110V

液壓泵電動機正轉(zhuǎn)

1

KM5

接觸器

CJ10-5型，線圈電壓110V

液壓泵電動機反轉(zhuǎn)

1

FR1

熱繼電器

JR06-20

主電動機過載愛護

1

FR2

熱繼電器

JR06-20

升降電動機過載愛護

1

FR3

熱繼電器

JR06-20

液壓泵電動機過載愛護

1

KT

時間繼電器

LS7-3A

搖臂上升延時夾緊

1

FU0

熔斷器

RL1-6020A

總線路愛護

1

FU1

熔斷器

RL1-1510A

線路愛護

1

FU2

熔斷器

RL1-1510A

線路愛護

1

FU3

熔斷器

RL1-155A

線路愛護

1

FU4

熔斷器

RL1-152A

線路愛護

1

FU5

熔斷器

RL1-152A

線路愛護

1

SB1

按鈕開關(guān)

LA19

主軸電機停頓

1

SB2

按鈕開關(guān)

LA19

主軸電機啟動

1

SB3

按鈕開關(guān)

LA19

搖臂上升

1

SB4

按鈕開關(guān)

LA19

搖臂下降

1

SB5

按鈕開關(guān)

LA19

立柱和主軸箱的松開

1

SB6

按鈕開關(guān)

LA19

立柱和主軸箱的夾緊

1

SA1

轉(zhuǎn)換開關(guān)

LW6

冷卻電動機掌握

1

SA2

轉(zhuǎn)換開關(guān)

LW6

照明燈的掌握

1

SD1

行程開關(guān)

JLXK1

搖臂上升極限位置愛護

1

SD2

行程開關(guān)

JLXK1

搖臂松開到位

1

SD3

行程開關(guān)

JLXK1

搖臂夾緊行到

1

SD4

行程開關(guān)

JLXK1

立柱和主軸箱松緊

1

SD5

行程開關(guān)

JLXK1

主行程開關(guān)

1

SD6

行程開關(guān)

JLXK1

搖臂下降極限位置愛護

1

HL1

指示燈

XD1

立柱松開指示燈

1

HL2

指示燈

XD1

立柱夾緊指示燈

1

HL2

指示燈

XD1

主電機旋轉(zhuǎn)指示燈

1

EL1

照明燈

JC-25

照明

1

TC

變壓器

BK-150380/110-24-6

掌握、指示電路電源電壓

1

6總結(jié)

畢業(yè)設(shè)計是大學學習最終重要的階段，也是最重要的階段，它對我們四年以來所學學問的一個綜合檢驗，同時畢業(yè)設(shè)計熬煉我們所學學問同實際問題相結(jié)合的力量。對于Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)PLC的改造，把原有繼電器——接觸器掌握系統(tǒng)改造為性能等各方面更加優(yōu)化的PLC掌握系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了Z3040搖臂鉆床的自動化掌握，設(shè)計時解決各種問題時，需要查閱大量的文獻資料，因此增加了自己的學問量和檢索學問的速度，同時熬煉分析問題和解決問題的力量，這也是完成畢業(yè)設(shè)計應當具備的力量。這些學問的擴展和力量的增加是我在大學期間很大的收獲，為今后走向工作崗位奠定了很好的根底。

Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)的PLC改造，涉及了機械和電氣兩個學科的學問，首先Z3040搖臂鉆床掌握系統(tǒng)線路和PLC特點分析，其次依據(jù)其原理和特點完成PLC的選型、I/O端口地址的安排及接線圖繪制、系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計和程序指令表編寫和掌握系統(tǒng)仿真，最終對掌握系統(tǒng)主要電氣元件的選擇。

Z3040搖臂鉆床的掌握系統(tǒng)通過PLC的改造，掌握系統(tǒng)的變得簡潔、編程便利，調(diào)試周期短，牢靠性高，抗干擾力量強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。從而提高了機床的工作性能和工作效率，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高了生產(chǎn)率，提高了企業(yè)的市場競爭力。

由于時間和所學學問的有限，本設(shè)計還有很多問題有待以后完善。第一，沒有對電動機的調(diào)速問題進展討論，其中主電動機、升降電動機、液壓泵電動機的調(diào)速只能通過機械調(diào)速或多速電機來進展，屬于有級調(diào)速，其次，鉆床的掌握也不屬于全自動掌握，搖臂必需用手來移動不能準確的移動。第三，對掌握系統(tǒng)沒有進展抗干擾分析，在工廠車間會有噪聲和溫度的等外部干擾因素會對PLC掌握系統(tǒng)有影響，使得系統(tǒng)不太穩(wěn)定。這些問題需要在以后的學習工作中進一步完善。

參考文獻

[1]王兆義．PLC進展現(xiàn)狀和對策[J]電子與自動化．2023（4）13-16

[2]趙強．PLC技術(shù)討論現(xiàn)狀與進展趨勢[J]．科技信息2023(4)：120-121

[3]張凡．淺談PLC的進展趨勢與現(xiàn)狀[J]．科技與生活．2023(9)：24-25

[4]徐慶陽.王晨．有關(guān)PLC進展趨勢的研討[J]．信息與電腦．2023(2)：138-139

[5]戴曙．金屬切削機床[M]北京．機械工業(yè)出版社．1993-05：111-113

[6]高欽和．可編程掌握器應用技術(shù)與實例[M]．北京．人民郵電出版社．2023(7)：01-05

[7]陳永利．PLC在機床電氣傳動系統(tǒng)中應用中應用[J]微計算機信息1999（6）：28-29

[8]黃永紅．PLC輸入輸出點的擴展方法電工技術(shù)雜志[J].2023（3）：47-49

[9]揚湘洪．T68鏜床的PLC掌握[J]．機械制造與自動化2023(2)：52-55

[10]周麗芳．PLC快速入門與實踐[M]．北京人民郵電出版社2023：15-20

[11]陳遠齡．機床電氣自動掌握[M]重慶．重慶大學出版社1995（9）

[12]李青云．PLC可編程序掌握器的應用及進展趨勢探析[J]科技信息-2023(4)：118-119

[13]王廣才．二十一世紀PLC進展方向[J]油氣田地面工程-2023（3）：26

[14]王曉艷．用PLC改造Z3040搖臂鉆床[J]電氣技術(shù)-2023(8)：82-83

[15]張鳳衫．電氣掌握及可編程序掌握器[M]．北京．中國輕工業(yè)出版社．2023：98-100

[16]魯遠棟．PLC機電掌握系統(tǒng)應用設(shè)計技術(shù)[M]．北京．電子工業(yè)出版社．2023：98-100

[17]SanjeevGuPua，Sharmaselectionandapplicationofadvancecontrolsystems:Pldcsandpc-basedsystem.journalofscientific&industrialresearch..2023(64):249-255

[18]Sivanadam,Sumathi,Deepa.DesignandimplementationofPLCcummicro-controllerbasedelectricallysynchronizedlift.Indainjoumalofengineering.2023(12):269-277

致謝

其次篇:Z32K型搖臂鉆床變速箱設(shè)計

摘要

本次畢業(yè)設(shè)計是以Z3040-13搖臂鉆床為參考機型，對主軸掌握系統(tǒng)進展了液壓系統(tǒng)進展設(shè)計。該系統(tǒng)設(shè)計主要是實現(xiàn)主傳動和進給傳動的低速運轉(zhuǎn)，且實現(xiàn)低速段的無級變速，高速段可采納機械無級變速，其間配以齒輪傳動過渡。在本次設(shè)計過程中首先了解該鉆床的運動形式，然后確定液壓傳動系統(tǒng)采納限壓試變量泵與調(diào)速調(diào)速閥組成的調(diào)速回路實現(xiàn)了執(zhí)行機構(gòu)數(shù)的穩(wěn)定，功率損失小，發(fā)熱小效率高。在幫助元件的選擇上大量采納了標準件，由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化使得液壓傳動裝置的重量輕、構(gòu)造緊湊、簡潔、慣性小、傳遞運動勻稱平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。且使得整個液壓系統(tǒng)整體構(gòu)造簡化，縮短制造周期，同時實現(xiàn)在加工過程中的無極變速。

關(guān)鍵字:Z3040搖臂鉆床、主軸掌握、液壓傳動、無級變速

1緒論液壓傳動是以流體（液壓油液）為工作介質(zhì)，在密閉容器內(nèi)進展能量的轉(zhuǎn)換、調(diào)整掌握和傳遞的一種傳動形式。液壓傳動所基于的最根本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是全都的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比擬小的活塞上面施加的壓力比擬小，而大的活塞上施加的壓力也比擬大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以到達一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來到達力的傳遞[2]。

圖1-1液壓傳動根本原理

液壓作為一個廣泛應用的技術(shù)，在將來更是有寬闊的前景。隨著計算機的深入進展，液壓掌握系統(tǒng)可以和智能掌握的技術(shù)、計算機掌握的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，這樣就能夠更多的場合中發(fā)揮作用，也可以更加精致的、更加敏捷地完成預期的掌握任務(wù)。

1.1液壓系統(tǒng)在工程中的應用液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新技術(shù)。自1795年制成第一臺水壓機起，液壓技術(shù)就進入了工程領(lǐng)域，1906年開頭應用于國防戰(zhàn)備武器。其次次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反響快和精度高的自動掌握系統(tǒng)，因而消失了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀60年月以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計算機技術(shù)的進展，不斷地對液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應也得到了很大進展，滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中。在工程機械、冶金、軍工、農(nóng)機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到普遍應用。近年來液壓技術(shù)已廣泛應用于智能機器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震猜測及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術(shù)的應用提高到一個嶄新的高度。目前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成話等方向進展；

同時，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動介質(zhì)以及液壓傳動系統(tǒng)的計算機幫助設(shè)計、計算機仿真和優(yōu)化設(shè)計、微機掌握等工作，也日益取得顯著成果。

解放前，我國經(jīng)濟落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經(jīng)濟獲得快速進展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，進展很快。20世紀50年月就開頭生產(chǎn)各種通用液壓元件。當前，我國已生產(chǎn)出很多新型和自行設(shè)計的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達以及其它新型液壓元件等。但由于過去根底薄弱，所生產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國外先進水平相比，還存在肯定差距，我國液壓技術(shù)也將獲得進一步進展，它在各個工業(yè)技術(shù)的進展，可以預見，液壓技術(shù)也將獲得進一步進展，它在各個工業(yè)部門中的用應，也將會越來越廣泛。

現(xiàn)代機械一般多是機械、電氣、液壓三者嚴密聯(lián)系，結(jié)合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計在現(xiàn)代機械的設(shè)計工作中占有重要的地位。

1.2液壓傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、掌握元件、幫助元件等。其中液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進展運動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時候主要需要留意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。

除了上述的元件以外，液壓掌握系統(tǒng)還需要液壓幫助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件，我們就能夠建立出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應的掌握回路。依據(jù)不同的掌握目標，我們能夠設(shè)計不同的回路，比方壓力掌握回路、速度掌握回路、多缸工作掌握回路等。

液壓傳動的應用性是很強的，比方裝卸堆碼機液壓系統(tǒng)，它作為一種倉儲機械，在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機械化工作。也可以應用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實踐中。這些系統(tǒng)的特點是功率比擬大，生產(chǎn)的效率比擬高，平穩(wěn)性比擬好。

1.2.1優(yōu)點

1)傳動平穩(wěn)在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量特別小，在通常壓力下可以認為不行壓縮，依靠油液的連續(xù)流淌進展傳動。油液有吸振力量，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動非常平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；

因此它廣泛地應用在要求傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采納了液壓傳動。

2)質(zhì)量輕體積小液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以削減許多，因此慣性小、動作靈敏；

這對液壓仿形、液壓自動掌握和要求減輕質(zhì)量的機器來說，是特殊重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機在采納液壓傳動后，比采納機械傳動時的質(zhì)量減輕了1t。

3)承載力量大液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。

4)簡單實現(xiàn)無級調(diào)速在液壓傳動中，調(diào)整液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且調(diào)速范圍很大，可達2023：1，很簡單獲得極低的速度。

5)易于實現(xiàn)過載愛護液壓系統(tǒng)中實行了許多安全愛護措施，能夠自動防止過載，避開發(fā)生事故。

6)液壓元件能夠自動潤滑由于采納液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。

7)簡單實現(xiàn)簡單的動作采納液壓傳動能獲得各種簡單的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)章外形的零件．

8)簡化機構(gòu)采納液壓傳動可大大地簡化機械構(gòu)造，從而削減了機械零部件數(shù)目。

9)便于實現(xiàn)自動化液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是特別簡單掌握的，再加上電氣裝置的協(xié)作，很簡單實現(xiàn)簡單的自開工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。

10)便于實現(xiàn)“三化”液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標準化和通用化．也易于設(shè)計和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低本錢[3]。

1.2.2缺點

1)液壓元件制造精度要求高由于元件的技術(shù)要求高和裝配比擬困難，使用維護比擬嚴格。

2)實現(xiàn)定比傳動困難液壓傳動是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對運動外表間不行避開的要有泄漏，同時油液也不是肯定不行壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。

3)油液受溫度的影響由于油的粘度隨溫度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。

4)不相宜遠距離輸送動力由于采納油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。

5)油液中混入空氣易影響工作性能油液中混入空氣后，簡單引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。

6)油液簡單污染油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的牢靠性。

7)發(fā)生故障不易檢查和排解。

2液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計液壓系統(tǒng)是機械伺服裝置中的經(jīng)典構(gòu)造。即使在機電類元件獲得長足進步的今日，液壓系統(tǒng)仍以其高功率/重量比，響應快，低速特性好等特點而在不少系統(tǒng)當中扮演舉足輕重的角色。在現(xiàn)代電子和掌握技術(shù)推動下涌現(xiàn)出了一些原理新奇，物美價廉的液壓元器件，給這一傳統(tǒng)的技術(shù)帶來了新的生氣。液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成局部，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進展。著手設(shè)計時，必需從實際狀況動身，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出構(gòu)造簡潔、工作牢靠、本錢低、效率高、操作簡潔、修理便利的液壓傳動系統(tǒng)。

2.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟1)明確設(shè)計方案；

2)確定液壓執(zhí)行元件的形式；

3)進展工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；

4)制定根本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；

5)選擇液壓元件；

6)液壓系統(tǒng)的性能驗算。

2.2設(shè)計要求設(shè)計要求是進展每項工程設(shè)計的依據(jù)，在制定根本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各局部設(shè)計之前，必需把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清晰。

目前，大局部的鉆床機床的卡盤，鉆頭等都是由液壓來掌握的。而他們的根本工作原理都是：通過液壓系統(tǒng)回路，來實現(xiàn)掌握卡盤的夾緊，松開及對不同的零件類型來實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的掌握。而它們的工作循環(huán)大都為：

夾緊保壓快進鉆孔快退松開

其中快進和卡緊并是通過凹凸壓的換一直掌握來實現(xiàn)的，而保壓過程是通過換向閥來實現(xiàn)的，它是保證工件在加工過程中不會發(fā)生移動和在突然斷電等事故發(fā)生時愛護設(shè)備和人員安全的必要設(shè)備。

2.3鉆床對液壓系統(tǒng)的要求1)卡盤夾緊，松開時動作要求平穩(wěn)，在進展動做換向時不應有沖擊；

2)當卡盤夾緊后，液壓缸機構(gòu)應具有足夠的保壓力量，以防止因系統(tǒng)內(nèi)瀉而造成工件的脫落或當數(shù)控機床在加工零件時由于卡緊力不夠而使工件軸向不垂直，加工零件尺寸消失偏差。

3)系統(tǒng)中要有減壓裝置，其作用為當卡盤接觸工件時，系統(tǒng)壓力突然上升，為防止因壓力過大而造成加上工件的事故發(fā)生，該系統(tǒng)在工作過程中由于恒壓。

4)鉆頭工作時應沒有沖擊，爬行等不良現(xiàn)象。所以對系統(tǒng)的密封應有較高的標準。

3液壓系統(tǒng)方案設(shè)計3.1傳動方案設(shè)計Z3040液壓傳動系統(tǒng)由3局部組成：主軸傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、及立柱加緊系統(tǒng)。主軸傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)均采納液壓馬達配以錐輪機械無級變速器和同步帶，以擴大變速范圍，并滿意主軸轉(zhuǎn)矩匹配的要求。立柱加緊液壓系統(tǒng)根本保存了原Z3040D的設(shè)計，只是由原來獨立供油系統(tǒng)改為現(xiàn)在的共用供油系統(tǒng)。

主軸傳動局部采納限壓傳動系統(tǒng)（即系統(tǒng)壓力越高流量越小從而實現(xiàn)低速轉(zhuǎn)動）進油路由變量泵和調(diào)速閥實現(xiàn)二級減速，回路有挨次閥回油路上有肯定的背壓，使系統(tǒng)運動更平穩(wěn)。系統(tǒng)圖如圖3-1：

圖3-1主軸傳動系統(tǒng)

進給傳動局部同樣采納限壓式傳動系統(tǒng)在進油路上由兩個減壓閥和一個調(diào)壓閥組成同樣實現(xiàn)二級減速，使馬達可實現(xiàn)很的轉(zhuǎn)速從而現(xiàn)實低轉(zhuǎn)速工作。系統(tǒng)圖如圖3-2：

圖3-2進給傳動系統(tǒng)

立柱加緊局部根本保持原來的設(shè)計，有兩個電磁換向閥和一個液控單向閥組成實現(xiàn)對工件的加緊保壓和主軸的快進快退。系統(tǒng)圖如圖3-3：

圖3-3夾緊系統(tǒng)

3.2調(diào)速方式式與液壓泵的選擇液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來供應，液壓源的核心是液壓泵。在選擇液壓泵時，我們考慮過兩種調(diào)速回路，一是限壓試變量泵與調(diào)速閥組成的調(diào)速回路，其優(yōu)點是泵的壓力和流量在工進和快進時能自動變換，但是在負載變化大且大局部時間在小負載下工作的場合使用并不適宜。這是泵的供油壓力高，而執(zhí)行元件的工作壓力低，損失在調(diào)速閥的壓降和液壓泵泄漏的能量很大，油液溫升也高。二是壓差式變量泵與節(jié)流閥組成的調(diào)速回路，其工作特性是工作壓力和泵的供油壓力隨負載變化，而且始終保持節(jié)流閥前后壓差和流量不變，從而不但保證執(zhí)行機構(gòu)速度穩(wěn)定，而且功率損失小，發(fā)熱小，效率高。

為節(jié)約能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的狀況，一般采納多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的狀況，可增設(shè)蓄能器做幫助油源。

油液的凈扮裝置是液壓源中不行缺少的。一般泵的入口要裝有過濾器，進入系統(tǒng)的油液依據(jù)被愛護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。依據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求并不，還要考慮加熱、冷卻等措施。

3.3制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的掌握是擬定液壓回路的核心問題。

方向掌握用換向閥或規(guī)律掌握單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采納插裝閥與先導掌握閥的規(guī)律組合來實現(xiàn)。

速度掌握通過轉(zhuǎn)變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。

節(jié)流調(diào)速一