01机械设计大作业

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广东交通职业技术学院海事与港航学院机电系

电气控制与PLC技术设计大作业

课程名称：专用镗孔机床的设计

指导老师：宋春华老师

专业：机电一体化（自动化）班级：一体化092

成员曾健文曾富强陈泳麟邓展峰目录

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学号14450817

设计背景概述??????????????????????????????????1产品概述????????????????????????????????????2第一章传动的设计????????????????????????????????8

1.1传动方式的选择???????????????????????????????81.2传动比的选择????????????????????????????????91.3皮带带型、及皮带轮的设计???????????????????????????91.4平键选择??????????????????????????????????111.5轴上力计算?????????????????????????????????11

其次章主轴的设计????????????????????????????????11

2.1轴的强度计算????????????????????????????????122.2弯距计算??????????????????????????????????132.3轴承的选择?????????????????????????????????142.4平键选择??????????????????????????????????15

第三章加工刀具的确定??????????????????????????????15

3.1镗头设计??????????????????????????????????15

3.2铰孔加工??????????????????????????????????16

第四章液压系统设计??????????????????????????????21

4.1液压系统优缺点????????????????????????????????214.2工作原理??????????????????????????????????224.3设计步骤??????????????????????????????????224.4系统压力确定??????????????????????????????????234.5液压缸选择??????????????????????????????????234.6液压油泵选择??????????????????????????????????244.7液压阀选择??????????????????????????????????254.8调速阀选择??????????????????????????????????254.9溢流阀选择??????????????????????????????????264.10运动方式??????????????????????????????????:26

第五章电气控制及保护?????????????????????????????26

5.1设计控制线路的原则???????????????????????????????275.2主电路??????????????????????????????????275.3控制电路??????????????????????????????????285.4主轴的停车和制动????????????????????????????????295.5辅助电路分析?????????????????????????????????305.6联锁保护环节分析????????????????????????????????315.7专用镗孔机床控制方式选择?????????????????????????????325.8专用镗孔机床工作方式选择?????????????????????????????325.9控制系统的选择??????????????????????????????32

第六章机床的硬件设计???????????????????????????35

6.1PLC的I/O点数统计???????????????????????????????356.2PLC的选择??????????????????????????????????366.3专用镗孔机床PLC控制I/O分派表???????????????????????????376.4PLC控制系统硬件接线图??????????????????????????????386.5PLC控制系统安装本卷须知?????????????????????????????396.6专业镗孔机床软件设计??????????????????????????????40

说明书??????????????????????????????????????47

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1.2传动比的选择

为了满足加工工艺的要求，主轴转速n1＝2000r/min；电机转速Se*n≈3000r/min（由于机床设计考虑的是较高要求下的转速，实际运用中转速未必需要2000转，为了简化计算忽略转差率Se的影响）。传动比i＝1.5。一般v型带传动带速在5～25m/s，η＝0.9～0.94平均可取0.92，传动比小于5，各项指标满足设计要求。

1.3皮带带型、及皮带轮的设计

皮带带型的选择根据皮带计算功率Pc和小带轮转速n查图表选择：其中Pc＝Ka*P≈20KW（Ka查表选择1.1）选择型号A型，最小皮带轮直径dd＝100mm；单根传递功率5KW，共计四根可以满足传递功率的要求。

验算带速v＝π*dd*n/60000＝15.7m/s；大轮直径d＝n/n1*dd＝150mm初选两皮带轮中心距a＝1～1.5d＝1.3d＝195mm小带轮包角a1≈180o－（（d-dd）/a）*57.3o＝165o

2皮带基线Ld≈2a+π（d+dd）/2+（d-dd）/4a＝390+471+3.2＝864.2mm

≈900mm

V带轮采用灰铸铁制造，材料HT150。根据带轮的基准直径选择带轮的结构尺寸，由于直径尺寸较小采用实心轮结构，带轮的其他结构尺寸参照机械设计基础经验公式确定。小带轮结构尺寸：dd＝100mm

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d0＝42mmd1＝1.9*d0＝80mmL＝（1.5～2）*d0＝68mmbd＝11mmhamin＝2.75mmH＝12mmf＝10mme＝15mmδ

min＝6mm

B＝(4-1)e+2f＝65mmde＝dd+2ha＝105.5＝108mmγ＝34度大带轮结构尺寸：dd＝150mmd0＝52mm

d1＝1.9*d0＝98.8mmL＝（1.5～2）*d0＝68mmbd＝11mmhamin＝2.75mmH＝12mmf＝10mme＝15mmδ

min＝6mm

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B＝(4-1)e+2f＝65mmde＝dd+2ha＝155.5＝160mmγ＝38度

1.4平键选择A型平键

根据轴径＞38mm，查表套用标准数列：键宽b＝12mm；键高h＝8mm。L＝1.5d＝63mm。

强度演算：Ft＝2T/d＝2×9550000×P/d×n＝3334.9N；

挤压强度σp＝2Ft/h*L＝13.23MPa＜［σp］其中［σp］＝30MPa剪切强度τ＝Ft/b*L＝26.4MPa＜［τ］其中［τ］＝60MPa由以上验算确定平键满足强度条件。

1.5轴上力计算

为了设计轴和轴承，必需计算出作用在轴上的力。作用在轴上的力F

∑

＝2*z*F0*cosβ/2＝2*z*F0*cos（π/2-a1/2）＝2*z*F0*sin（a1/2）＝

2323.94N

F0＝（500Pc/z*v）*（2.5/Ka-1）+q*v2＝271+22＝293N

其中z为皮带根数；F0为单根v型带的张紧力；a1为小带轮包角。

其次章主轴的设计

轴是机械中的重要零件，它的用途是用来支承旋转零件(如齿轮、

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带轮、凸轮等)和传递运动及转矩。根据轴的作用和承载状况，可分为三类：心轴、传动轴、转轴。心轴是用来支持滑轮，并确定滑轮的工作依置的．它只承受弯矩而不承受扭距。心轴可以是转动心袖也可以是固定心轴。传动轴主要承受扭转作用(没有弯矩或弯矩很小)。其传动轴是用来把电动机的旋转运动和转矩传递给减速器，再由减速器传递给负载，这种由轴的自重所产生的弯距远小于所承受的扭矩。转轴既支持回转零件又传递运动或动力，即同时承受弯矩和扭矩。轴按结构形状的不同还可分为直轴和曲轴，直径不变的光轴和各段直径改变的阶梯轴，实心轴和空心轴。我们所涉及的机床主轴属于转轴。轴的材料主耍为碳素钢和合金钢。碳素钢价格低廉，对应力集中的敏感性小，因此应用较为广泛。机床主轴是决定工件或刀具位置的重要部件，对主轴的精度要求最主要的就是回转精度，即要求主轴回转时能保持轴线的位置稳定不变。主轴的回转误差直接影响被加工零件的形状、位置精度和表面粗糙度。因而，为了提高主轴的旋转精度，就应当相应的提高主轴支承轴颈的精度。对于一般精度的机床，规定主轴支承轴颈的尺寸精度为l级，椭圆度和锥度公差不超过尺寸公差的一半，前后支承轴颈的不同轴度不超过0.005～0.01毫米、表面粗糙度0.8，锥度孔表面粗糙度0.8。考虑主轴制造加工的便利，选择材料45号钢、调制、实心轴。

2.1轴的强度计算一、主轴扭距计算

由于主轴同时承受扭距和弯距，但由于主轴的支撑点尚未确

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定，弯距值也未能确定，因此先依照主轴扭距初步估算轴径。考虑弯距的影响，可适当降低许用剪切力的方法建立强度条件。根据公式：主轴最小直径d＞c（p/n）1/3＝49.7mm

其中c为按材料剪切系数τ确定的系数，查表45号钢c＝117～106，选110

由于轴上安装皮带轮许开键槽，所以应适当加大主轴轴径5％，d＞49.7*105％＝5