自動鉆床的設(shè)計

吳加林，李曉丹，達(dá)麗哈

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

自動鉆床的設(shè)計

吳加林，李曉丹，達(dá)麗哈

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

提出了一種臺式鉆床的改造和設(shè)計方法，即將液壓缸作為進(jìn)給系統(tǒng)的執(zhí)行元件，通過PLC對主軸電機(jī)、液壓系統(tǒng)電磁閥、液壓泵電機(jī)以及行程開關(guān)的控制來實現(xiàn)臺式鉆床的自動化改進(jìn)。改進(jìn)后的自動鉆床可以實現(xiàn)對大批量工件的連續(xù)生產(chǎn)，同時改善了被加工零件的質(zhì)量，不僅生產(chǎn)效率得以提高，解放了工人的勞動力，而且所加工產(chǎn)品零件更受市場歡迎。

自動鉆孔；液壓進(jìn)給系統(tǒng)；PLC控制：自動裝夾

在如今的生產(chǎn)生活中，機(jī)械制造的主要加工設(shè)備為金屬切削機(jī)床，而在機(jī)械制造行業(yè)中，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率又直接受機(jī)床的技術(shù)性能的影響，所以不斷提高改進(jìn)機(jī)床的各種技術(shù)性能可以提高國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。鉆床是孔加工機(jī)床的一種，可完成鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等工作，目前在我國的機(jī)械制造工業(yè)中，加工孔類的工作大部分仍由傳統(tǒng)鉆床來實現(xiàn)，而面對大批量生產(chǎn)傳統(tǒng)鉆床便有很多不足之處需要改善，例如：自動化程度較低，導(dǎo)致大批量的生產(chǎn)困難；工人工作效率低，且工作環(huán)境惡差；需要較多人力，而且工件在裝夾費(fèi)時費(fèi)力，操作不流暢，易出錯；加工出的零件精度不高，被加工產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

針對以上傳統(tǒng)鉆床在生產(chǎn)中表現(xiàn)出的問題及不足之處，對傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)是十分必要的。通過對傳統(tǒng)鉆床執(zhí)行系統(tǒng)的改進(jìn)和控制系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和被加工產(chǎn)品的質(zhì)量，從而降低勞動強(qiáng)度及工作量。

1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案分析

本文提出了對鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)中進(jìn)給缸的設(shè)計思路，即通過使用液壓缸作為執(zhí)行元件來替換手動進(jìn)給。根據(jù)設(shè)計思路，首要分析的是鉆頭切削運(yùn)動和進(jìn)給液壓缸執(zhí)行的進(jìn)給運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律。加工工件時，鉆頭部分的運(yùn)動屬于旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動和被直線進(jìn)給運(yùn)動，則進(jìn)給液壓缸在執(zhí)行進(jìn)給運(yùn)動時所完成的主軸進(jìn)給運(yùn)動為直線運(yùn)動。

轉(zhuǎn)盤部分的運(yùn)動：轉(zhuǎn)盤的順時針旋轉(zhuǎn)，工件從傳送帶送入轉(zhuǎn)盤的工件孔，通過轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到了2位置，在通過1液壓缸的夾緊來固定工件在鉆孔的過程中不旋轉(zhuǎn)，加工完成后工件的卸料隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動進(jìn)行完成。

自動鉆床運(yùn)動規(guī)律及轉(zhuǎn)盤運(yùn)動規(guī)律簡圖如圖1所示。

圖1 自動鉆床運(yùn)動規(guī)律及轉(zhuǎn)盤運(yùn)動規(guī)律簡圖

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的控制是通過PLC對主軸電機(jī)、液壓系統(tǒng)電磁閥、液壓泵電機(jī)以及行程開關(guān)的控制來實現(xiàn)的[1]。其中關(guān)于自動鉆床液壓系統(tǒng)回路的連接應(yīng)根據(jù)鉆床所要完成的具體動作來進(jìn)行設(shè)計。其中液壓缸可選活塞桿為中空桿的雙桿活塞缸，以方便主軸穿過，主軸快速進(jìn)給和工進(jìn)時液壓缸進(jìn)油順序為上進(jìn)下出，而快退時液壓缸進(jìn)油順序為下進(jìn)上出，根據(jù)動作可以看出只需一次換向，另外，在工進(jìn)完成后，主軸需要暫停動作，因此，應(yīng)選擇具有中位基能的三位四通電磁換向閥。還有不同動作主軸移動速度也不一樣，所以系統(tǒng)應(yīng)安裝調(diào)速裝置。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可知，液壓系統(tǒng)運(yùn)動速度不是太大，負(fù)載也不大，因此，調(diào)速系統(tǒng)選擇進(jìn)口節(jié)流調(diào)整，該調(diào)速系統(tǒng)具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性。

對主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)的控制：首先將控制程序?qū)懭?，然后定時器開始定時3 s，3 s后PLC系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，在此期間也可方便操作人員對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，定時結(jié)束后，控制電機(jī)的交流繼電器閉合，主軸電機(jī)和液壓泵電機(jī)開始工作。

主軸的快速進(jìn)給控制：安裝工件檢測器，如光電傳感器，當(dāng)工件到達(dá)指定位置后，工件檢測器反饋電信號，PLC傳出指令開始工件的夾緊動作，可通過安裝壓力傳感器檢測工件是否被裝夾牢固，接著反饋電信號，使液壓系統(tǒng)開始工作，通過電磁換向閥，來控制系統(tǒng)接入快進(jìn)油路，主軸完成快速進(jìn)給動作[2]。

主軸的工進(jìn)控制：可通過安裝行程開關(guān)來控制進(jìn)給動作的起停，當(dāng)主軸快速進(jìn)給動作完成后，主軸到達(dá)指定位置，則行程開關(guān)閉合，反饋電信號，液壓系統(tǒng)的電磁換向閥接收信號，使工進(jìn)油路導(dǎo)通，主軸開始工進(jìn)動作。

主軸停留動作的控制：工件被鉆頭加工完成后，主軸工進(jìn)動作結(jié)束，控制工進(jìn)動作的行程開關(guān)閉合，計時器計時3 s，液壓系統(tǒng)電磁換向閥接收電信號，主軸停留3 s以進(jìn)行修磨被加工孔。

主軸快退動作的控制：計時器T3計時3 s結(jié)束后，液壓系統(tǒng)電磁換向閥接收電信號，液壓控制系統(tǒng)接入快退油路，主軸開始快退動作。

主軸快退停止動作的控制：控制主軸快退的行程開關(guān)閉合，則發(fā)出電信號，液壓系統(tǒng)電磁換向閥接收電信號，主軸停止快退動作[3]。

3 結(jié)束語

本文所提出的自動鉆床可以實現(xiàn)對大批量零件的自動化生產(chǎn)[4-5]，在提高生產(chǎn)效率，解放工人勞動力的同時，還改善了被加工零件的產(chǎn)品質(zhì)量。另外，本自動化鉆床整體結(jié)構(gòu)簡單，工作時平穩(wěn)可靠，有推廣和研究價值。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊·液壓傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版式社，1999.

[3]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]戴 曙.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[5]席偉光.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2003.

Automatic Drilling Machine Design

WU Jia-lin，LI Xiao-dan，DA Li-ha
（College of Mechanical Engineer and Automation，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121000，China）

This paper proposes a transformation and design method of bench drilling machine，the hydraulic cylinder as actuators of feed system，through the PLC of the spindle motor，solenoid valve，hydraulic system of hydraulic pump motor and travel switch control to realize the automation of bench drilling machine improvement.Improved automatic drilling machine can realize continuous production of large quantities of workpiece，at the same time improve the quality of the processed parts，not only the production efficiency is improved，the liberation of the labor of workers，and the processed products parts are more popular with the market.

automatic drilling；hydraulic feed system；PLC control：automatic clamp.

TG527

A

1672-545X（2017）09-0158-02

2017-06-19

吳加林（1994-），男，江蘇淮安人，本科在讀，研究方向：機(jī)械電子工程；李曉丹（1982-），女，遼寧盤錦人，副教授，碩士，研究方向：自動控制。