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(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

自動(dòng)鉆床的設(shè)計(jì)

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(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

提出了一種臺(tái)式鉆床的改造和設(shè)計(jì)方法，即將液壓缸作為進(jìn)給系統(tǒng)的執(zhí)行元件，通過(guò)PLC對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)式鉆床的自動(dòng)化改進(jìn)。改進(jìn)后的自動(dòng)鉆床可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量工件的連續(xù)生產(chǎn)，同時(shí)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(dòng)力，而且所加工產(chǎn)品零件更受市場(chǎng)歡迎。

自動(dòng)鉆孔；液壓進(jìn)給系統(tǒng)；PLC控制：自動(dòng)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(guó)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(guó)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(lái)實(shí)現(xiàn)，而面對(duì)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(dòng)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(shí)費(fèi)力，操作不流暢，易出錯(cuò)；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(duì)以上傳統(tǒng)鉆床在生產(chǎn)中表現(xiàn)出的問(wèn)題及不足之處，對(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)是十分必要的。通過(guò)對(duì)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(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(dòng)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(duì)鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)中進(jìn)給缸的設(shè)計(jì)思路，即通過(guò)使用液壓缸作為執(zhí)行元件來(lái)替換手動(dòng)進(jìn)給。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，首要分析的是鉆頭切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給液壓缸執(zhí)行的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。加工工件時(shí)，鉆頭部分的運(yùn)動(dòng)屬于旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)和被直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則進(jìn)給液壓缸在執(zhí)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)所完成的主軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)盤部分的運(yùn)動(dòng)：轉(zhuǎn)盤的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，工件從傳送帶送入轉(zhuǎn)盤的工件孔，通過(guò)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到了2位置，在通過(guò)1液壓缸的夾緊來(lái)固定工件在鉆孔的過(guò)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(dòng)進(jìn)行完成。

自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律及轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)規(guī)律及轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)圖

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)的控制是通過(guò)PLC對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)的[1]。其中關(guān)于自動(dòng)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(dòng)作來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(guò)，主軸快速進(jìn)給和工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油順序?yàn)樯线M(jìn)下出，而快退時(shí)液壓缸進(jìn)油順序?yàn)橄逻M(jìn)上出，根據(jù)動(dòng)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(dòng)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(dòng)作主軸移動(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)器開始定時(shí)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，定時(shí)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(cè)器，如光電傳感器，當(dāng)工件到達(dá)指定位置后，工件檢測(cè)器反饋電信號(hào)，PLC傳出指令開始工件的夾緊動(dòng)作，可通過(guò)安裝壓力傳感器檢測(cè)工件是否被裝夾牢固，接著反饋電信號(hào)，使液壓系統(tǒng)開始工作，通過(guò)電磁換向閥，來(lái)控制系統(tǒng)接入快進(jìn)油路，主軸完成快速進(jìn)給動(dòng)作[2]。

主軸的工進(jìn)控制：可通過(guò)安裝行程開關(guān)來(lái)控制進(jìn)給動(dòng)作的起停，當(dāng)主軸快速進(jìn)給動(dòng)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(hào)，液壓系統(tǒng)的電磁換向閥接收信號(hào)，使工進(jìn)油路導(dǎo)通，主軸開始工進(jìn)動(dòng)作。

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

主軸快退動(dòng)作的控制：計(jì)時(shí)器T3計(jì)時(shí)3 s結(jié)束后，液壓系統(tǒng)電磁換向閥接收電信號(hào)，液壓控制系統(tǒng)接入快退油路，主軸開始快退動(dòng)作。

主軸快退停止動(dòng)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(hào)，液壓系統(tǒng)電磁換向閥接收電信號(hào)，主軸停止快退動(dòng)作[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文所提出的自動(dòng)鉆床可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量零件的自動(dòng)化生產(chǎn)[4-5]，在提高生產(chǎn)效率，解放工人勞動(dòng)力的同時(shí)，還改善了被加工零件的產(chǎn)品質(zhì)量。另外，本自動(dòng)化鉆床整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)平穩(wěn)可靠，有推廣和研究?jī)r(jià)值。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·液壓傳動(dòng)[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(dòng)[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(jì)課程設(shè)計(jì)[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(dòng)控制。