40#拉刀机构的设计及控制

I摘要40＃刀柄拉刀机构为小型数控机床主轴内部的自动拉紧与自动松开刀具的机构。通过预压缩碟形弹簧,产生足够的向上的拉刀力。当需要换刀时，数控系统发出松刀信号，通过控制液压系统的电磁换向阀，液压系统将压力油通入主轴上端的油缸上腔，油缸活塞推动拉刀部件向下移动，继续压缩碟形弹簧,刀柄向下运动，通过与换刀机械手配合完成换刀。在油缸上端，有两个接近开关检测油缸活塞是否到位；如果油缸活塞没有到位，那么两个接近开关就不会发出信号，数控系统就不能继续执行下一个程序，以确保数控机床的安全。此外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准确安装。关键词：40＃刀柄；拉刀机构；PLC；控制IIABSTRACT40thshafttoolforsmallspindleofCNCmachinetools,automatictensioningandautomaticreleasetoolwithintheinstitution.Bypre-compresseddiskspring,generateenoughupwardbroach.Whentoolchangeisneeded,looseknifesignalfromtheCNCsystemthroughcontrolsolenoidvalveinhydraulicsystem,hydraulicsystempressureonoilfueltankintotheupperendofthespindle,andoilmovesthepistonpushbroachpartdown,continuetocompressdiskspring,shaftmovingdown,throughtoolchangemanipulatorandcompletetoolchange.Inthetopofthecylinder,therearetwoproximitysensorsdetectwhetherthecylinderpistoninplaceifcylinderPistonsarenotyetinplace,thenthetwoproximitydoesnotsignal,NCsystemcannotcontinuetoperformthenextprocedure,toensurethesafetyofCNCmachinetools.Inaddition,theleversarehollow,sothatwhenthetoolschangespindleholeandcompressedairtocleanthetooltapershanktoensureaccurateinstallationofthetool.Keywords:40#knifehilts；broachmechanism；PLC；Controli目录摘要…………………………………………………………………………………..ⅠABSTRACT…………………………………………………….................................Ⅱ第1章绪论………………………………………………………………………….1第2章总体结构分析.....……………………………………………………………22.1拉刀机构设计目的…………………………………………………………………22.2机构原理分析………………………………………………………………………2第3章机械零件的设计与计算……………………………………………………53.1机械零件设计的性质和任务.................…………………………………………….53.2机械零件设计步骤和准则……..……………………………………………………53.3主轴主要参数的确定..........…………………………………………………….......63.3.1机床主轴圆锥尺寸的选取………………………………………………………73.4刀柄与拉丁的尺寸型号确定…………………………………………………………83.5碟形弹簧的选择与计算…………………………………………………………….103.5.1碟形弹簧的特点…………………………………………………………...103.5.2蝶形弹簧组合说明表………………………………………………………113.5.3碟形弹簧的选取与计算……………………………………………………..123.5.4碟形弹簧的技术要求……………………………………………………….143.6拉杆的设计与计算…………………………………………………………………153.6.1标准钢球的选取……………………………………………………………153.6.2拉杆的尺寸确定及校核……………………………………………………..193.7拉杆上螺纹、O型圈、沟槽、螺母、垫片的确定…………………………………….223.7.1螺纹基本尺寸的确定…………….................................................................223.7.2O型圈、沟槽的选取……………………………………………………….233.7.3螺母的选取…………………………………………………………………253.7.4垫片的选取.……………………………………………………………….263.8拉杆套的设计与计算..........................………………………………………….....273.9液压缸的设计与计算………………………………………………………………273.9.1液压缸的载荷组成与计算………………………………………………….273.9.2液压缸主要参数的确定……………………………………………………283.9.3活塞及活塞杆的设计……………………………………………………….30ii3.9.4缸筒的设计………………………………………………………………..333.9.5缸盖的设计………………………………………………………………..36第4章液压系统的设计…………………………………………………………...394.1液压系统设计概述…………………………………………………………………394.2液压传动特点……………………………………………………………………...394.3液压传动原理……………………………………………………………………...404.4液压元件的选择……………………………………………………………………424.4.1确定液压泵的最大工作压力Pp…………………………………………….424.4.2确定液压泵的流量Qp………………………………………………………424.4.3选择液压泵的规格…………………………………………………………424.4.4液压阀的选择……………………………………………………………...434.4.5油箱容量的确定……………………………………………………………434.5液压系统的性能验算..........………………………………………………………434.5.1回路压力损失验算…………………………………………………………...434.5.2油液温升验算………………………………………………………………..44第5章PLC的控制与编程..………………………………………………………455.1行程程序控制概述..............………………………………………………………455.2PLC的选型及编程.………………………………………………………………465.2.1PLC的概述………………………………………………………………465.2.2PLC的编程………………………………………………………………47第6章总结………………………………………………………………………..50参考文献.....…………………………………………………………………………52致谢………………………………………………………………………………531第一章绪论近年来，随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状和结构不断的改进，机电产品日趋精密复杂。产品精度要求越来越高、更新换代周期也越来越短，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适应生产对象频繁变化的需要，特别是对于宇宙航行、航空等部门中的加工批量不大、生产周期要求短、改型短、改进频繁、形状复杂、精度要求又很高的这一类零件的加工。如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低产品成本及改善劳动条件已成为目前迫切需要解决的问题。数控机床是综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量及机床结构设计等各种技术的最新成就而发展起来的一种新型机床。它具有通用性、灵活性及高度自动化的特点，具有提高劳动生产率和加工精度、缩短生产准备周期、减轻体力劳动强度、减少设备周期、降低生产成本等优点，已被广泛应用于机械制造、航空工业、造船和车辆工业、金属加工部门等。数控机床机构主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。其加工原理是按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开、冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其他辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。此次设计的课题，就是在工作负载为800N、直线运动距离为120mm的条件下设计一个40#的拉刀机构。其中主要应用三个原理：机构原理、液压驱动原理、电器控制原理。所以在设计过程中分别应用了与之相对应的知识。一方面加深了对所学理论知识的认识，另一方面在老师的指导下，学会运用所学知识去分析和解决一些实际问题，学会应用手册、标准、规范等资料。做此设计主要解决的问题就是对整个机构工作原理的理解并对各个部分进行设计与计算。通过改造设计使此装置在满足技术性能的前提下又能获得最佳的经济效益。此说明书共分为五大部分：总体结构分析、机械零件的设计与计算、液压系统设计、电气自动控制设计、总结。设计过程中参考了诸多文献，列表附说明书末。第二章总体结构分析2第二章总体结构分2.1拉刀机构设计的目的机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而拉刀机构设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。拉刀机构的设计涉及：机械、液压、气压、电气等相关基本理论知识。设计目的：1.培养查阅文献、运用资料的基本能力；2.培养学生的机电产品设计的基本能力；3.扩展学生的知识结构，加强理论与实践相结合的能力；2.2机构原理分析40＃刀柄拉刀机构为小型机床主轴内部刀具自动夹紧机构。油缸接到松刀信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞推动拉杆向左移动，同时使碟形弹簧压紧。拉杆的左移使左端的钢球的分布直径变大，解除了刀杆上的拉力，机械手便取出刀杆。当刀具由机械手或用其他方法装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端，当接到夹紧信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸左腔，活塞向右移动，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端圆周上的钢球在主轴锥孔的逼迫下收缩分布直径，将刀柄拉钉紧紧拉住。另外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准确安装。图2-1是该机构的总体结构图。刀杆采用7：24的大锥度锥柄，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。大锥度的锥柄既利于定心，也为松夹带来了方便。在碟形弹簧5的作用下，拉杆4始终保持约1200N的拉力，并通过拉杆左端的刚球3将刀杆的尾部轴颈拉紧。换刀前必须首先将刀柄松开，即将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞11推动拉杆4向左移动，同时使碟形弹簧5压紧。拉杆4的左移使左端的钢球3位于套筒的喇叭口处，解除了刀杆上的拉力。机械手便取出刀杆。当活塞处于左右两个极限位置时，相应的限位行程开关发出松开和夹紧