基于PLC控制的矩形花键加工专机设计

　设备设计与维修

基于PLC 控制的矩形花键加工专机设计

欧益宝　雷菊珍

(南京工程学院机械工程系, 南京210013)

摘要　介绍将X 62W 和X 52K 万能铣床改造为花键轴专用机床的方法, 采用电动刀架代替万能分度头实现分度, 进给工作台采用液压动力滑台, 根据花键加工工艺“进刀铣削→退刀→分度→再进刀”的自动循环过程, 选用P LC 进行控制, 整个过程无需人工参与, 直到一个花键加工完毕后, 自动停机。该机、电、液联动控制, 操作简便, 通用性强, 分度速度快、精度高, 大大降低了劳动强度, 提高了生产效率。关键词:可编程序控制器(P LC ) 　矩形花键　专用机床

中图分类号:TP332;TH16　文献标识码:B　文章编号:1671-3133() 增-1307-Design of PLC

shaft manu facturing

Ou Yibao , Lei Juzhen

(Dept . of Mechanical E ngineering , N anjing I nstitute of T echnology , N anjing 210013, CHN )

Abstract 　Introduces the design scheme , which can change versatile milling machine (X 62W and X 52K ) into special machine tool used for spline shaft manu facturing. The equipment employs the electrical tool instead of general division end , and adopts fluid drive sliding table. According to the spline shaft manu facturing method , feed tool →retract →division →feed again ,P LC is selected to control automatically. The whole process is carried out without w orker , and the machine tool will stop , when the spline shaft is finished. By the way of connection of mechanical , electrical and hydraulic control methods , the operation is simple , universal , rapid and precise. The above proposed design thoughts can provide an automatic manu facturing platform used for spline shaft. K ey w ords :P LC 　R ectangle spline sh aft 　Special m achine tool

1　原花键加工工艺

外花键材料为40Cr , 要求心部硬度为28～32HRC ,

花键齿表面硬度要求为48～55HRC , 结合该类零件的尺寸精度和形状位置精度要求, 采用以下常规工艺流

[2]

程:粗车-调质-铣花键-齿部高频淬火-磨外圆。按照外花键大径磨削加工工艺方案, 花键齿部高频感应淬火后对外花键大径进行磨削, 以保证花键大径的尺寸、形状和位置精度。由于花键齿部采用高频感应淬火的热处理方式, 变形量小, 因此, 在确定磨削余量时可以不考虑尺寸变形情况,

仅考虑有足够的磨削余量即可。通常, 用花键轴铣床加工外花键时, 花键小径、齿宽直接加工到设计尺寸, 花键大径单边留有0. 15～0. 2mm 的磨削余量即可。若无专用花键轴铣床的企业, 一直是采用粗车后在X62W 或X52K 卧式铣床上进行铣削加工。例如在卧式铣床上加工如图1所示六键或八键的花键轴时, 采用如下工序加工:三爪卡盘夹持工件一端, 用顶尖顶住另一端, 铣削一齿, 退刀后松开顶尖(消除蜗轮的轴向力) , 手工分度, 130　

再顶紧, 如此循环六次或八次。但这种加工方法具有以下问题:

1) 加工工序时间长。用以上工艺方案加工

2) 花键齿强度比冷挤压加工差, 但设备成本较低。3) 分度精度主要取决于分度头的精度。工人在操作时通过计算手柄转过的圈数确定分度值。

图1　外花键轴

现代制造工程2005增　

　设备设计与维修　

4) 工人劳动强度大, 效率低。

4) 尾架顶紧控制; 5) 分度装置分度控制;

6) 液压泵的启停控制; 7) 主轴启停控制。

2　整机改造设计方案

要完成花键的成形加工, 机床的传动系统必须包含主传动、进给传动、回转分度传动和其他辅助传动。原有X62W 和X52K 卧式铣床的主传动能够保持有较高的切削速度, 属于多刃连续切削, 生产效率高, 所在自动循环工作方式时, 要求实现如下控制顺序:尾架顶紧→工作台进给→工作台退回→尾架松开→分度旋转→尾架再顶紧, 如此循环, 直到加工完最以, 在改造设计方案中仍保留其主传动不变。为了实后一个齿, 自动停止在原位。

现工艺方案中切削进刀和退刀的自动循环过程, 把原有的丝杠传动工作滑台, 改为液压动力滑台, 滑座和滑鞍间的导轨仍然保留原有的机床导轨, 只需拆下重新修磨即可再继续使用

。工作滑台中的液压油缸采用单活塞杆油缸, 在工作中可实现进刀时的大切削力慢速进给, 作原理如图2所示图3　系统控制方式

312　P LC 选型与端口分配

图2　整机液压动作原理

11油箱　21滤油箱　31油泵　41单向阀　51溢流阀6、151

电磁换向阀　71单向调速阀　81液压油缸　91工作滑台

101电动刀架　111工件　121铣刀　131尾架油缸

141压力继电器　161减压阀

3　P LC 控制系统设计

311　功能需求分析

花键切削加工工艺系统在采用P LC 控制时分为手动操作和自动循环方式, 如图3所示。

在手动工作方式下, 要求独立实现如下控制功能:

1) 工作台进给控制:要有限位保护;

2) 工作台退回控制:要有限位保护; 图4　P LC 端口分配与接线

3) 尾架松开控制;

现代制造工程2005增

131　

　设备设计与维修根据输入Π输出点的统计, 要求输入端口为23点, 输出端口为9点, 因此, 选择40点P LC 。考虑以后的扩展, 可将顺铣Π逆铣改为外部控制, 综合经济因素, 选用国产嘉华C A1-40MR 系列P LC , 其输入点24个, 输出点16个, 能满足该系统的使用要求。具体端口分配如图4所示。

在改造过程中, 为了尽量降低成本, 保留了原有机床主轴的控制线路。313　P LC 控制程序编制

根据工艺系统的要求分为手动程序和自动循环程序, 通过转换开关X400切换。手动和自动是两个独立的程序段(手动程序未给出) , 选择手动方式时X400常闭触点断开, 执行手动程序, 而跳过自动程序。

刀。当退到原始位置时压下行程开关, 输入点X406接通, 停止退刀并且输出Y 435, 即分度电动机开始工作。当转到下一分度位置时, 发出相应分度位置信号M120, 使分度电动机正转停止, 同时输出Y 434启动反转电路, 电动机反转, 在机械机构作用下使分度精确定位并锁紧。延时015s 后T451使电动机停转, 重新开始“尾架顶紧→进给退刀→分度锁紧→再顶紧”的工作循环, 直到分度转回到起始位X500处, 即一个工件加工完毕, 终止循环, 并使尾架松开, 以便卸下工件。

4　结语

X62W , 重新设, 通过本文介绍的P LC 控制整个系统的运行, 至今已连续运行两年多, 实际效果如下:

1) 单件铣削

2) 手动分度铣八键的齿厚误差在01015mm 以上, 用

选择自动循环工作时, 程序。

5序。

电动刀架分度铣齿齿厚误差可控制在01009mm 以下。

3) 加工精度的稳定性有了很大的提高。

4) 改造后操作者只装卸工件, 节省了体力, 降低了劳动强度。

5) 提高了生产效率, 现在实际生产过程中每人操作两台机床, 用两班制生产, 四台机床原来需要熟练的操作者8人, 现在只需要熟练操作工2人。

参　考　文　献

1　张建民. 机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社,

2001

2　马瑞霞. 外花键铣削工装[J].矿山机械,2004(7)

3　左健民. 液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,19994　钱袁萍, 王强. 自动分度器的设计[J].机床与液压,2004(1)

图5　P LC 部分梯形图

当把工件安装完毕后按下启动按钮, X411、X500

和X406的常开触点串联, 约束工作滑台只能处在原始位置, 并且分度电动刀架也处于设定的起始位置, 自动循环才能启动。然后, 输出Y 534, 尾架顶紧并延时013s 后, 工作滑台开始进给, 到达限位处压下行程开关, 输入点X405接通, 进给停止并启动工作滑台退132　

作者简介:欧益宝, 讲师, 硕士, 主要研究液压传动、机械制造与工

艺、机床电气控制等。

作者通信地址:南京市江宁区东山镇竹山路万欣花园24-404　

(211100)

电话:(025) 52166604

E 2mail :[email protected]. cn

收稿日期:20051016

现代制造工程2005增　

　设备设计与维修

基于PLC 控制的矩形花键加工专机设计

欧益宝　雷菊珍

(南京工程学院机械工程系, 南京210013)

中图分类号:TP332;TH16　文献标识码:B　文章编号:1671-3133() 增-1307-Design of PLC

shaft manu facturing

Ou Yibao , Lei Juzhen

(Dept . of Mechanical E ngineering , N anjing I nstitute of T echnology , N anjing 210013, CHN )

1　原花键加工工艺

外花键材料为40Cr , 要求心部硬度为28～32HRC ,

花键齿表面硬度要求为48～55HRC , 结合该类零件的尺寸精度和形状位置精度要求, 采用以下常规工艺流

[2]

再顶紧, 如此循环六次或八次。但这种加工方法具有以下问题:

1) 加工工序时间长。用以上工艺方案加工

2) 花键齿强度比冷挤压加工差, 但设备成本较低。3) 分度精度主要取决于分度头的精度。工人在操作时通过计算手柄转过的圈数确定分度值。

图1　外花键轴

现代制造工程2005增　

　设备设计与维修　

4) 工人劳动强度大, 效率低。

4) 尾架顶紧控制; 5) 分度装置分度控制;

6) 液压泵的启停控制; 7) 主轴启停控制。

2　整机改造设计方案

。工作滑台中的液压油缸采用单活塞杆油缸, 在工作中可实现进刀时的大切削力慢速进给, 作原理如图2所示图3　系统控制方式

312　P LC 选型与端口分配

图2　整机液压动作原理

11油箱　21滤油箱　31油泵　41单向阀　51溢流阀6、151

电磁换向阀　71单向调速阀　81液压油缸　91工作滑台

101电动刀架　111工件　121铣刀　131尾架油缸

141压力继电器　161减压阀

3　P LC 控制系统设计

311　功能需求分析

花键切削加工工艺系统在采用P LC 控制时分为手动操作和自动循环方式, 如图3所示。

在手动工作方式下, 要求独立实现如下控制功能:

1) 工作台进给控制:要有限位保护;

2) 工作台退回控制:要有限位保护; 图4　P LC 端口分配与接线

3) 尾架松开控制;

现代制造工程2005增

131　

在改造过程中, 为了尽量降低成本, 保留了原有机床主轴的控制线路。313　P LC 控制程序编制

4　结语

X62W , 重新设, 通过本文介绍的P LC 控制整个系统的运行, 至今已连续运行两年多, 实际效果如下:

1) 单件铣削

2) 手动分度铣八键的齿厚误差在01015mm 以上, 用

选择自动循环工作时, 程序。

5序。

电动刀架分度铣齿齿厚误差可控制在01009mm 以下。

3) 加工精度的稳定性有了很大的提高。

4) 改造后操作者只装卸工件, 节省了体力, 降低了劳动强度。

5) 提高了生产效率, 现在实际生产过程中每人操作两台机床, 用两班制生产, 四台机床原来需要熟练的操作者8人, 现在只需要熟练操作工2人。

参　考　文　献

1　张建民. 机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社,

2001

2　马瑞霞. 外花键铣削工装[J].矿山机械,2004(7)

3　左健民. 液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,19994　钱袁萍, 王强. 自动分度器的设计[J].机床与液压,2004(1)

图5　P LC 部分梯形图

当把工件安装完毕后按下启动按钮, X411、X500

作者简介:欧益宝, 讲师, 硕士, 主要研究液压传动、机械制造与工

艺、机床电气控制等。

作者通信地址:南京市江宁区东山镇竹山路万欣花园24-404　

(211100)

电话:(025) 52166604

E 2mail :[email protected]. cn

收稿日期:20051016

现代制造工程2005增　

基于PLC控制的矩形花键加工专机设计

相关文章