中北大学拔叉加工自动线设计 毕业设计

1、毕业设计说明书拔叉加工自动线设计班 级： 学号： 软件学院姓 名： 软件工程学 院： 郑军 赵朝晖专 业： 指导教师： 2014年 6 月拔叉加工自动线设计摘 要拨叉加工小型自动线设计是本次毕业设计的主题。主要介绍内容有加工手扶拖拉机的三种ctz6型变速拨叉孔和端面的小型自动线，能同时加工三种变速拨叉，采用随行夹具输送，并达到所要求的精度要求。该自动线加工工位是直线排列，随行夹具采用鼓轮从自动线的下方返回，控制系统采用机械凸轮集中控制方式，并利用单片机控制输送带运行节拍为一个生产节拍。小型自动线的控制系统亦有两种类型。一种是集中控制系统，自动线的动力部件及辅助装置都由主分配轴上的凸轮控制；一种

2、是分散控制系统，各种动力部件及辅助装置各自具有独立的机械、液压或气动传动，自动线所有运动之间的互锁，由电气系统实现。设计的自动线加工工位是直线排列，采用随行夹具输送，而随行夹具是采用鼓轮从自动线的下方返回。控制系统采用机械凸轮集中控制方式。除了鼓轮转位及输送带运行外，其余所有动作均采用以液压为动力的机械凸轮集中控制。关键词：小型自动线，拨叉加工，步行电机，随行夹具the design of the fork processing automatic lineabstractthis graduation project sets aside the fork and processes the

3、 small-scale transfer machine to design. process three kinds of ctz6 type small-scale transfer machines changing speed hole and terminal surface who sets aside the fork of the walking tractor in main introduction, can process three kinds and change speed and set aside the fork at the same time, adop

4、t retinues jig to send , reach the required precision to require. this transfer machine processes the engineering one to arrange sharply, retinues jig adopts a drum of wheels to return below of the transfer machine, the control system adopts the mechanical cam to concentrate the control method, util

5、ize the one-chip computer to control the operation beat of the conveyer belt for a beat of producing.keywords： small-scale transfer machine，set aside the fork to process，retinues jig，produce the beat中北大学2014届毕业设计说明书目 录1 绪论11.1 自动线概述11.2 小型自动线的设计程序22 拨叉加工小型自动线总体设计32.1 ctz6拨叉加工自动线32.2 自动线的生产节拍32.2.1 自

6、动线生产节拍计算32.3 零件的工艺方案拟定32.3.1 分析毛培情况32.3.2 定位基面的选择42.4 自动线的工艺过程42.4.1 拨叉工序图42.4.2 自动线的工艺过程52.4.3 自动线切削用量选择52.5 自动线总联系尺寸图的绘制62.5.1 自动线的总体布置62.5.2 自动线的主要特点82.6 自动线总联系尺寸图的绘制92.6.1 步距t的确定92.6.2 机床与其他设备的联系尺寸的确定102.6.3 机床间距l的确定112.6.4 装料高度的确定112.6.5 管道电气及其他装置配置112.7 工序节拍的平衡112.7.1 概述112.7.2 平衡工序节拍122.8 自动线

7、周期表的绘制14第 i 页 共 ii 页2.8.1 概述142.8.2 绘制周期表152.9 主要专用部件设计172.9.1 中间底座182.9.2 动力滑台192.9.3 刚性主轴202.9.4 变位油缸213 电气控制部分设计233.1 概述233.2 系统总体设计方案243.2.1 控制系统功能要求243.2.2 控制主机及主要芯片的选用及控制原理框图设计244 总结28参考文献29致谢30第 ii 页 共 ii 页中北大学2014届毕业设计说明书1 绪论1.1 自动线概述当今时代，由于科学技术的发展,自动线生产技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用，在机械制造、电子等行业中已经设计和制

8、造出大量的类型各异的自动生产线。这些自动生产线的使用，对于提高劳动和生产率和产品的质量，改善工人劳动条件，降低能源消耗，节约材料等方面都取得了显著的成就。自动线生产线是在流水线的基础上发展起来的。它不仅要求线体上的各种机械加工装置能自动地完成预定的各道上工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件定位夹紧，工件在工序间的输送，切屑的排除，甚至包装等都能自动地进行，为了达到这一要求，人们通过自动输送及其他一些辅助装置按工序顺序将各种机械加工装置连成一体，并通过液压系统，气压系统和电气系统控制系统将各个部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作，我们称这种自动工作的机械装置系统

9、为自动生产线。自动生产线之所以称为一个系统,是因为它是建立在机械、电子、计算机、传感、驱动、接口等技术的基础上的一门综合技术。它是从系统工程观点出发、应用这些综合技术，根据生产的不同需要，对它们进行有机的组织与综合，从而实现整体设备的最佳化。因此，自动生产线虽然源于流水生产线与流水生产线有相似之处，但其性能已经远远超过了流水生产线，并有许多明显的不同。最主要的特点是自动生产线具有统一的自动控制系统，有较高的自动化程度，还具有比流水生产线更为严格的生产节奏，工件必需以一定的生产节拍经过各个工位完成预定的加工。接 口执 行 机 构信息处理接 口机 械 本 体传 感 器检测信号图1.1 自动线联系框

10、图由于生产的产品不同，各种类型的自动生产线的大小不一，结构、功能各异。我们可以把它分五个部分：机械、检测、信息处理、执行机构和接口部分。它们之间的联系如图1.1所示：从功能上看，不论何种类型的自动生产线，都应具备最基本的四大功能：即运转功能、控制功能、检测功能和驱动功能。运转功能在自动生产线中依靠动力源来提供。控制功能的实现在自动生产线中主要由微机、单片机、可编程控制器或者其他一些电子装置来承担。在工作过程中，传感器把信号检测出来、控制装置对其进行存贮、运算、变换等，然后用相应的接口电路向执行机构发出命令完成必要的动作。检测功能主要由位置传感器、直线位移传感器、角位移传感器等来实现。传感器收集

11、着生产线上各种信息。驱动功能主要由电动机等执行机构完成。整个自动生产线的主体是机械部分。本次设计的是ctz6型拨叉加工小型自动线，用于加工手扶拖拉机的三种变速拨叉的孔和端面。小型自动线亦称微型自动线，其主要特征是自动线的所有工位，都安置在一个整体机座上，因而结构紧凑，体积小。在工艺特点方面，与回转台式小型组合机床相类似，适合于加工工序不太多的小型工件。但配置的灵活性和工艺的灵活性上要比回转台式小型组合机床优越，在结构和控制系统工程上则有自动线的特征。1.2 小型自动线的设计程序设计程序可概括如下：1 订工艺方案，并绘制工序图及加工示意图；2 拟订全线的主自动线方案；3 确定自动线的总体布局，绘

12、出自动线的总联系尺寸图；4 绘制自动线周期表；5 对设有充分把握的某些程序、先进工艺及结构，进行必要的试验工作等。2 拨叉加工小型自动线总体设计2.1 ctz6拨叉加工自动线这条小型自动线用于加工手扶拖拉机的三种变速拨叉的孔和端面。拨叉型号为ctz6，材料为可锻铸铁kt350-10，按两班制工作，年产量为100000件/年。2.2 自动线的生产节拍根据年生产纲领的大小计算出自动线的生产节拍，再与同类产品的流程生产线的节拍对比，作为是否建立自动线的参考。2.2.1 自动线生产节拍计算 (2-1) (2-2)式中 -自动线的生产节拍（分/件）；-年基本工时（小时/年），一班制2360时/年，两班制

13、4650时/年；本设计按两班制；-自动线对象产品（零件）的年产纲领（件/年）； -自动线的负荷率，0.650.85，复杂取低值，简单取高值；本设计取0.75；-产品的年产量（台/年）；本设计为100000（台/年）；-每台产品包含对象产品（零件）的数量（件/台）；n=1；-备品率；本设计取10%，-废品率；本设计取8%；故有 2.3 零件的工艺方案拟定2.3.1 分析毛培情况由于零件过于复杂，因而采用铸造的方法，工件的材料是kt350-10，其中抗拉强度为350mpa,延伸率为10%。2.3.2 定位基面的选择由于拨叉的形状不规则，在自动线上加工没有合适的输送基面，为了实现工序间的输送可采用随

14、行夹具。随行夹具是利用底面两销孔和定位销来实现定位，利用各机床的固定夹具来实现随行夹具的定位夹紧。（一面两销孔）三种拨叉在随行夹具上是以板面和圆柱外端定位，消除五个自由度。工件由圆柱外端面夹紧。2.4 自动线的工艺过程2.4.1 拨叉工序图图2.1是在自动线上加工的三种拨叉的工序图。加工表面是孔和端面。a) 副变速拨叉 b) 快挡拨叉c) 倒挡拨叉图2.1 三种拨叉的工序图2.4.2 自动线的工艺过程图2.2 自动线的工艺过程图中表示自动线共有八个工位，其中工位1用于装卸工件，4、5、8为空工位。工序1（工位2）：双面钻13孔，每面只钻到全深的三分之一，并粗刮端面。工序2（工位3）：从一面将1

15、3孔钻通。工序3（工位6）：扩孔到13.8并倒角。工序4（工位7）：铰孔到，精刮定位用的端面。2.4.3 自动线切削用量选择切削速度：合理的切削用量，是保证自动线加工质量和生产效率的重要因素之一，同时也是设计自动线时用于计算切削力、切削功率和切削时间的必要数据，是设计机床、夹具、刀具的依据。为了便于正确选择切削用量，需先认识切削用量对切削加工的影响，并了解自动线切削用量的选择特点。为了减少加工的辅助时间，选用硬质合金刀具，同时考虑毛坯的材料为kt350-10，其硬度在120-163hb之间，见1可选用刀具以及切削用量如下：工序1：用硬质合金钻头，双面钻直径孔，每面只钻到全深的三分之一 转 速：

16、 每转进给量： 每分进给量：工序2：用硬质合金钻头，钻通孔 切削速度： 转 速： 每转进给量： 每分进给量：工序3：用硬质合金钻头，扩孔 切削速度： 转 速： 每转进给量： 每分进给量：工序4：用硬质合金钻头，铰孔 切削速度： 转 速： 每转进给量： 每分进给量：2.5 自动线总联系尺寸图的绘制2.5.1 自动线的总体布置如图2.3所示：图2.3 ct26自动线总体布置图1回转鼓轮 2滑台 3主轴箱 4随行夹具 5驱动装置 6主输送装置7气动扳手 8机座 9中间底座10液压箱 11冷却泵箱 12返回输送油缸如图所示，全线共有八个工位，其中四个为加工工位，有动力滑台和刚性主轴箱各五个。除了液压箱

17、和电气柜以外，其它部件都安装在整体铸铁机座上。随行夹具在线上是直线排列，彼此相互紧靠。随行夹具的输送步距为300mm，当顺次经过各个工位之后，自动线未端的回转鼓轮将随行夹具转到下面，由返回输送装置从机座中间送回线首，线首的回转鼓轮再将随行夹具转上来以备装料。随行夹具的主输送装置、回转鼓轮、返回输送装置之间的关系如图2.4所示：图2.4 随行夹具输送系统图2.5.2 自动线的主要特点1 自动线可以同时加工三种拨叉，随行夹具分成三组，其上装有不同的信号挡块，在输送过程中，通过无触点开关发出不同的信号，控制工位2上的复位，以适应三种拨叉不同的孔深。但是随行夹具总共有十四个，三组中有一组为四个，其余二

18、组各为5个，这样加工出来的三种拨叉的数量不等，在均衡生产上还存在问题。2 自动线采用了机械凸轮集中控制方式。自动线除了采用鼓轮转位及输送带运行以外，其余所有动作均采用以液压为动力的机械凸轮集中控制，减少了各动作间的信号连锁、电气、液压元件的数量。自动线的外形整齐、美观、动作间的互锁关系更加稳定可靠。集中控制的传动系统图如图2.5所示：如图2.5，它靠一个带有齿条12的双向油缸1经齿轮2带动主分配轴3转动。在主分配轴上装有两个用于控制对随行夹具进行插销、拨销的凸轮4，一个用于控制对随行夹具进行夹紧、松开的凸轮5；四个圆锥齿轮6分别经过圆锥齿轮联轴器等带动各个加工工位上用于控制滑台进给运动的凸轮7

19、。主分配轴3只能作回转运动，回转角度约3600左右。自动线每完成一个节拍，主分配轴3摆动一次。随行夹具的定位夹紧及动力滑台的快进、工进的程序是由各凸轮的曲线和各凸轮在分配轴上的安装位置来保证的，而动力滑台的进给速度和定位夹紧动作速度的调节是靠各工位上进给凸轮的曲线及通过调整油缸1的移动速度来实现的。故这种传动系统比完全用机械集中传动具有一定的灵活性。3 自动线上的扩铰工位,刀具采用套装式扩铰结构，使支承点靠近工件，从而提高了加工精度。4 电气部分采用硅晶体ttl集成电路及npn晶体管组成的pcz-1型程控箱进行程序控制。发信元件采用2j1-24型晶体管无触点行程开关。电气控制箱上设有边光显示装

20、置，在加工过程中以灯光显示文字和图形。电气控制部分的设计详见第3章。图2.5 集中控制的传动系统图1油缸 2齿轮 3主分配轴 4端面凸轮 5圆柱凸轮 6锥齿轮 7进给圆柱凸轮 8立式滑台 9卧式滑台 10夹紧楔块 11夹紧销 12齿条2.6 自动线总联系尺寸图的绘制自动线总联系尺寸图，主要解决自动线中机床之间、机床与辅助装置之间以及辅助装置之间的相互关系。它是设计自动线各个部件的依据，也是检查各个部件相互关系的重要资料。2.6.1 步距t的确定如图2.6所示：图2.6 输送带步距图输送带步距，是指输送带上两个棘爪之间的距离,在确定输送带的步距时，既要考虑机床之间有足够的距离，又要尽量缩短自动线

21、的长度。一般通用输送带步距取为3501700mm，见1可按下式确定其大小： (2-3)式中 -工件沿输送方向的长度（mm）；-后备量及前备量（mm）。其大小与输送带的型号有关，本设计采用带棘爪和摆杆的步伐式工件输送带，且取棘爪高度为h=15mm。查 2 得后备量： 前备量： 根据已确定的输送带步距，可以选择输送装置的行程长度： =+ (2-4)又根据随行夹具的尺寸及输送带的结构，决定输送带的步距为300mm，则为=300+18=318（mm）2.6.2 机床与其他设备的联系尺寸的确定为了安全起见，相邻的运动部件之间的间距，可小于250mm，或大于600mm，如果必需取在250600mm的范围时

22、，应考虑设置防护罩。对于需要调整而不动的相邻部件之间的间距，一般取700mm。如果其中之一是运动部件，则这距离还应加大。2.6.3 机床间距l的确定两台机床之间的距离尺寸，见 1 可按下式求出： (2-5)式中 -输送带的步距（mm）； -两台机床之间的空工位数；2与3、6与7之间没有空工位，则有： 3与6之间的空工位=2，则有： 设置空工位的目的，主要是为了便于自动线的调整与看管。是否设空工位或者空工位数应设多少，要根据工件大小及具体情况而定。2.6.4 装料高度的确定对于组合机床自动线，装料高度是指机床底平面至固定夹具上定位面之间的高度尺寸。本设计是对于较小的工件，装料高度可适当增加，且采

23、用垂直下方返回随行夹具的自动线，装料高度还可适当增加至1300mm。2.6.5 管道电气及其他装置配置为了对自动线进行集中控制，自动线要设置中央操纵台。操纵台上除了要有主令控制装置，工作状态选择开关，控制全线和各工艺设备动作的按钮和开关外，还应当有反映自动线工作状态的信号装置及故障寻检系统。为了便于单机调整，在每台机床及需要经常调整的主要设备上，还应当调整按钮或按钮盒，在自动线全长上要均匀分布一些紧急停止按钮。2.7 工序节拍的平衡2.7.1 概述自动线所需的工序及其加工顺序确定了以后，还可能出现各工序的生产节拍不相等的情况，如有的工序节拍比自动线生产纲领所要求的节拍长，这些工序将不能完成生产

24、任务；而另外一些工序的节拍又比短得多，这些工序的设备不满，将不能充分发挥其生产效能。因此，必须平衡各工序的节拍，使实际的节拍与相等或稍短一些，才能使自动线取得良好的经济效果。自动线所需要的设备台数，在按工艺流程初步选定了以后，也需要经过平衡工序节拍来核实或适当增减，才能最后确定下来。2.7.2 平衡工序节拍首先要按拟订的工艺流程，计算出每一工序的工作循环时间，见1按下式进行： =+（min） (2-6) (2-7)式中 -工作循环时间（min）；-基本工艺时间（min），包括切入几切出时间；l-工件行程长度（min），（即被切削层长度）；、-分别为切入、切出行程长度（mm）；-动力部件的进给量

25、（mm/min）； -与不重合的辅助时间（min），可取为0.30.5min；1 工序1：双面钻13孔,每面只钻到孔深的1/3。2 采用通用麻花钻头2，主偏角。由3 (2-8)钻中心孔和盲孔时，=0。式中 d-孔径13mm。故得: 已知: l=则有：取 故：3 工序2：从一面将13孔钻通。采用通用麻花钻头2，主偏角。同工序1式(2-8)所得， 钻通孔时，(一般取14mm)。已知: l= 则有： 取 故：4 工序3：扩孔13至13.8，并倒角。采用锥柄扩孔钻(gb1141-84，莫氏号为2)，主偏角。由3得 (2-9)式中 d-扩、铰后的孔径(mm)； -扩、铰前的孔径(mm)；扩钻和扩孔时，

26、(一般取24mm)。已知： l=则有：取 故：5 工序4：铰孔至。采用直柄机用铰刀(gb1132-84)，主偏角。同工序3式(2-9)所得：由3表2.5-8，其切出长度根据切削深度，取。已知： l= 则有：取 故： 可见，每一个工序的工作循环时间都比自动线生产节拍短，故不存在限制性工序。2.8 自动线周期表的绘制2.8.1 概述自动线的周期表列出自动线各台机床及辅助装置的动作顺序、动作时间、自动线的节拍。绘制工作循环周期表要从第一段的第一个运动开始，而且各机构的动作应按一定的顺序进行的，它们之间有着严格的互锁要求。先要计算出自动线的基本工艺时间和辅助时间（见1）。1 基本工艺时间：2 输送带向

27、前时间： （2-10）式中 -输送带行程长度（mm）；-输送带传动装置移动速度，（一般取16m/min）；-输送带传动装置行程终了制动时间。（当小于6m/min时，行程终了可以不用制动或用很小一段制动距离；当移动速度为716m/min时，制动时间取=0.0150.03min）。取，。故有：输送带向后时间，一般与基本工艺时间重合，返回终点时用缓冲器缓慢，消除冲击，减慢时间可不计。3 工件定位夹紧时间：一般取0.030.1min，现取0.06min。定位销松开时间： 取0.04min。4 动力滑头的快速行程时间： 快进时间： （2-11） 快退时间： （2-12）式中： -动力滑头快进向前行程长度

28、（mm）； -动力滑头快退向后行程长度（mm）； -动力滑头快速行程速度（m/min）；现取，2.8.2 绘制周期表图2.7所示是拨叉全自动线的周期表。由于本自动线是采用ipc（工业控制计算机）控制系统，输送带运行的间隙时间必需根据自动线上加工时间最长的工序确定。此自动线分为四段加工工序，第一段加工工序时间最长。（粗、精刮端面的时间包含在第一段和第四段工序中）。自动线的动作循环如图所示，自动线有四个工段，其动作顺序为：按下启动按钮，自动线循环开始,输送带向前移动到终点，同时给四段机床发出定位夹紧信号，定位夹紧后，给动力滑台发出快进信号，动力滑台快进并自动转换为工作进给，第四段首先加工完并快速退

29、回原位，给夹具发出拔销、松开的信号。当第四段返回的原位后，给第三段输送带发出向前信号并等待，同时第三段加工完并快速退回原位，给夹具发出拔销、松开的信号；第三段退回原位后，给第三段输送带发出向前信号并等待。同时第二段加工完并快速退回原位，给夹具发出拔销、松开的信号；第二段退回原位后，给第二段输送带发出向前信号并等待。等第一段加工完后并快速退回，给夹具发出拔销、松开的信号；第一段退回原位同时给输送带发出向前信号。这时自动线又重复前述动作，进入下一次自动循环。两次输送带前进的时间间隙为1.77分，由于第一段的加工时间最长，其余三段即使加工完了还必须处于等待状态，等第一段加工完毕后才进入下一循环。图2

30、.7 拨叉自动线循环周期表2.9 主要专用部件设计驱动装置驱动装置是集中控制机构的动力源，如图2.8所示：油缸的活塞杆1上有齿条，经齿轮2带动分配轴3回转。活塞杆的行程可以保证分配轴3回转一整周。但实际上分配轴不一定要回转一整周。其回转行程和端点位置可以用油缸两端的螺钉调整。分配轴3上装有凸轮4，通过滚子5带动板件6沉分配轴的轴向移动。板6上紧固着两根圆杆7，它通过端部螺纹与中间底座上用于夹紧随行夹具的拉杆(见下面图2.9中的杆8)相联，用以控制随行夹具夹紧和松开。分配轴3两端的联轴套8上还装着两个控制定位销的凸轮9和10。凸轮11作用在行程节流阀12上，用以控制驱动装置油缸活塞的移动速度。分

31、配轴3通过联轴套8与加长轴联接后，还要传动各个动力滑台（见图2.5），因而要承受较大的扭矩。其受力情况与动力滑台的切削负载、摩擦阻力、以及驱动滑台的凸轮压力角有关，设计时应作具体分析，按承受最大扭矩的情况验算分配轴的刚度。图2.8 自动线驱动装置1活塞杆 2齿轮 3分配轴 4凸轮 5滚子 6板件 7圆杆8联轴套 9、10、11凸轮 12节流阀2.9.1 中间底座中间底座安装在主输送带下面相应于加工工位地方，共有两个，一个在工位2和3；一个在工位6和7（见图2.4）。它是安装卧式动力滑台的基础部件，其中还装有随行夹具的定位和夹紧机构。其结构如图2.9所示：如图2.9，其原理为:轴1通过拨爪2控制

32、定位销3。在轴1端部固装着法兰4，法兰盘5空套在轴1上，4与5之间用一个5mm的销6相联。盘5上的圆柱销7插在凸轮(图2.8中的9和10)的曲线槽中。凸轮转动时使定位销3插入或拨出。销6用作保险环节，在出现偶然故障时剪断销6，使定位机构不受损坏。随行夹具的夹紧是由两根长杆8通过端部螺纹与驱动装置上的两根圆杆(2.8中的7)相联接，当长杆8被拉向左移(见图2.9中的b-b)时，装在长杆8上的挡环9通过弹簧10推动楔块11，使顶销12向上，把随行夹具压紧在两个定位平面n上。由于楔块11的斜角很小，故具有自锁功能。当长杆8右移时，挡环13直接失去楔块11，使之松开随行夹具。实践证明，只要弹簧10选择

33、得当，本设计夹紧机构的工作是可靠的。在分配轴14装着两个锥齿轮,通过锥齿轮16、轴17和浮动联轴节18驱动每个动力滑台的传动凸轮。中间底座上部的滑座15是随行夹具的支承件，随行夹具在它上面滑行、定位和夹紧。下部的压板19，是随行夹具的返回导轨。图2.9 中间底座的结构1轴 2拨爪 3定位销 4法兰 5法兰盘 6销 7圆柱销8长杆 9档环 10弹簧 11楔块 12顶销2.9.2 动力滑台如图2.10是动力滑台的结构图：如图2.10所示，滑座的两端面n与中间底座的侧面m（见（图2.9）相接合。联轴器1与中间底座的浮动联轴器想接合，将主分配轴的运动传给轴2，再经离合器3、轴4使凸轮5回转，凸轮的曲线

34、槽推动滚子6，通过支座7、丝杆8使滑台产生进退运动。转动长轴9可以使离合器3脱开，这时转动法兰10可以使凸轮5转动，从而对滑台台进行手动调整。离合器3是不对称的双齿端齿盘，即在整个圆周上只有一个位置可以合上，因而当离合器合上后，凸轮5与主分配轴的相位关系就不需要再进行调整。松开夹紧块11，转动丝杆8，可以改变滑台与支座7的相对位置，即调整滑台的原始位置。滑座的后面装有无触点行程开关12和挡铁13，挡铁随凸轮一起回转，因而可用来发出主分配轴的位置信号。滑台各导轨面通过润滑油泵集中供油润滑。润滑油从油管14流到滑台后台端分油器15内，再分两路经节流阀流向导轨。在滑座周围铸有一圈沟槽，用心收集多余的

35、导轨润滑油，以维护机座的整洁。图2.10 动力滑台1联轴器2传动轴 3离合器4轴 5凸轮 6滚子 7支座 8丝杆9长轴 10法兰 11夹紧块 12行程开关 13挡块 14油管 15分油器2.9.3 刚性主轴为了使自动线的结构紧凑，省去钻模板而采用了刚性主轴，其结构如图2-11所示：自动线上所用刚性主轴有两种结构形式，一种如图2.11a所示，是用于扩孔和铰孔的刚性主轴。在主轴内部制成小油缸，其活塞杆是一个套装主轴。扩孔时套装主轴先伸出，进入工件前面的导向中（图2.2工位6）以增加刚性。铰孔时，铰刀装在套装主轴上，使之相对于刚性主轴来说有一定的浮动性。另一种如图2.11b所示，设有伸缩的套装主轴，

36、用于钻孔和粗刮端面。图2.11 刚性主轴2.8.4 变位油缸在自动线上加工的三种拨叉，其孔的长度不同。在工位2（第1工序）上从两端面各钻孔长的三分之一，对于每一种拨叉，此不通孔的深度不同。但是滑台进给凸轮升程是恒定的，所以必须相应改变滑台的原始位置来适应钻削不同的孔深。在工位2的滑台上装有变位油缸，来实现这一控制要求。变位油缸的结构如图2.12所示：为了使滑台能够实现变位，须装图2.10中的丝杆8与滑台脱开联接。将变位油缸固定在滑台1（图2.12）上，联接杆9则以六角端部与丝杆头部的内六角孔相联接。这样，当进给凸轮回转时，系通过滚子、支座、丝杆（见图2.10）、联接杆9、联接板8、以及整个油缸

37、带动滑台进退。当管道a、b和c具有不同的进、回油状态时，变位油缸就会带着滑台移动，使之处在不同的原始位置上。根据滑台所要求的原始位置，油缸的工作状态如表2.1所示：图2.12 变位油缸结构图1滑台 2油缸盖 3小活塞 4缸体 5浮动活塞 6油缸盖 7活塞杆 8联接板 9联接杆表2.1 变位油缸工作状态钻 孔 深 度滑台相对位置进 油回 油 处于最后端位置bc、a滑台向前15mmc、ab滑台向前24mmca、b3 电气控制部分设计3.1 概述随着工业自动化水平的提高，对电器的控制要求愈来愈精确。用微机对电机实施精确位移和速度控制有极大的优越性。数控电机运行系统是由ipc（工业控制计算机）发出命令

38、，通过与单片机之间的通信，使单片机产生控制电机运转的脉冲波形，使电机正转、反转、快转、慢转和停止等，还可自成系统自动运行。本设计自动线控制系统方框图如图3.1所示：图3.1 自动线控制系统方框图其原理如图示：通过差动变压器转换成电压信号，经交流放大器放大并整流后储存在由场效应管组成的储存器中，将切换信号保持一个工作节拍。储存器的输出电压控制零值鉴别器，当储存器的输出电压大于零值鉴别器的翻转电压时，零值鉴别器便控制钻床的进刀继电器动作，作好钻削的工作准备。当钻削完毕后碰到碰头装置，向输送带发出向前信号，输送带驱动器进行工作。其余的加工阶段实行并行控制。本设计对钻削动力滑头的两个主要驱动电机进行电

39、气控制设计，实现快进、快退、工进和停止等运动。3.2 系统总体设计方案3.2.1 控制系统功能要求1 电机1和电机2进给伺服运动控制；2 行程控制；3 键盘及显示；4 面板管理；5 其他功能：光电隔离、功率放大、报警急停、复位等。3.2.2 控制主机及主要芯片的选用及控制原理框图设计芯片选择本控制电路芯片采用8031单片机控制，该控制电路包括：cpu、扩展程序存储器和数据存储器、扩展可编程接口芯片一片、译码器一片、地址锁存器一片、键盘和显示线路、光电隔离和功率放大电路、报警电路、急停和复位等电路、面板管理电路。本控制电路芯片采用8031单片机控制，该控制电路包括：cpu、扩展程序存储器和数据存

40、储器、扩展可编程接口芯片一片、译码器一片、地址锁存器一片、键盘和显示线路、光电隔离和功率放大电路、报警电路、急停和复位等电路、面板管理电路。1 微处理器（选用intel公司的8031cpu）在方案中已确定使用mcs-51系列单片机8031。由intel公司生产的此型号单片机是一种低功率、高性能的8位cmos微处理器芯片。片内无程序存储器（rom）及128b的数据存储器（eprom），与工业标准的80c51指令集与引脚分布相兼容。它的特点归纳如下：mcs-51系列中最典型的产品；宽工件电压范围：vcc=2.7 5.5v；全静态工作方式：0 24mhz；2568位内部ram；32条编程i/o口线；

41、2个16位定时/计数器；5个中断源；可编程串行中断；低功耗的闲置与掉电模式。2 可编程ram/io扩展接口（8155）8155芯片内包含有256字节ram，2个8位和1个6位的可编程并行i/o口，1个14位定时/计数器。8155可直接与mcs-51单片机联接，不需要增加任何硬件逻辑。由于8031单片机外接一片8155后，就扩展了数据ram、i/o端口和定时/计数器，因而是mcs-51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。在8155的控制逻辑部件中，设置有一个控制命令寄存器和一个状态寄存器。8155的工作方式由cpu写入控制命令寄存器中的控制字来确定。控制命令寄存器只能写入不能读出，8位控制命令

42、寄存器的低4位用来设置a口、b口和c口的工作方式。第4、5位用来确定a口、b口以选通输入输出方式工作时是否允许中断请求。第6、7位用来设置定时/计数器的操作。8155的a口、b口可工作于基本i/o方式或先通方式，c口可作为输入输出口线，也可作为a口、b口选通方式工作时的状态控制信号线。其工作情况与8255方式0、方式1时大致相同，控制信号的含义也基本一样。另外，在8155中还设有一个状态标志寄存器，用来存放a口和b口的状态标志。状态标志寄存器的地址与命令寄存器的地址相同，cpu只能读出，不能写入。在8155中还设有一个14位定时/计数器，可用来定时或对外部事件计数，cpu可通过程序选择计数长度

43、和计数方式。计数长度和计数方式由输入给计数寄存器的计数控制字来确定。系统运行原理电机控制系统的工作原理框图如图3.2所示。图3.2 步进电机控制系统的工作原理框图ipc（工业控制计算机）是电机控制系统的主机，负责从键盘接收外部命令，通过串行口发送到单片机，然后接收单片机回送的相同数据进行比较，根据数据的情况控制电路。如果相同，表明单片机正确接收命令；如果不相同，则在屏幕上显示出错信息。ipc的控制结束后，可做其他处理工作。通信接口电路实现ipc串行口信号与单片机ttl信号之间的转换，实现ipc与单片机的正常通信。单片机负责接收来自ipc的命令，并将其转换成控制脉冲信号，从并行口输出，去控制电机

44、的运行；在脱离ipc控制时，还要保证系统能按一定的程序自动运行。功率放大电路是将单片机并行口输出的控制脉冲信号进行电流和电压放大，驱动电机，使电机随着不同的控制脉冲信号作各种运转。电机是执行动作的设备，当脉冲按一定顺序输入电机各个相时，它就能实现不同的运动状态，从而带动固定在其上的其它设备如摄像头等做相应的运动。系统运行原理电机控制系统的电路原理图如图3.3所示：1 单片机单片机采用常用的8031，并连接扩展芯片8155，由pc口输出脉冲信号，分两路控制步进电机的一维。rxd(p3.0)为串行输入线，txd(p3.1)为串行输出线。p3.2p3.5设置为行程保护开关，作为二维步进电机正、反向最大行程的保护。晶振选用12mhz。8031以中断方式执行ipc的命令。2 与ipc的接口电路ipc机与单片机通过串行口进行通信。由于ipc配置的是标准rs-232串行接口，而单片机的输入、输出的是ttl电平，因此必须进行电